基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的樹型cdn-p2p融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（ContentDeliveryNetwork)領(lǐng)域和對等網(wǎng)絡(luò) P2P(PeertoPeer)領(lǐng)域，具體涉及一種基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的樹型⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變革與發(fā)展在給社會帶來巨大進步的同時，也讓人們不再僅僅滿足 于獲取網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)內(nèi)容和文本信息。多媒體內(nèi)容（Multi-mediaContent)的流行，在一定 程度上推動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和變革以適應(yīng)人們的需求，目前，較為流行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 中，有兩種技術(shù)非常適合多媒體內(nèi)容的分發(fā)和傳送，它們分別是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)⑶N(Content DeliveryNetwork)和對等網(wǎng)絡(luò)P2P(PeertoPeer)。
[0003] Q)N是Content Delivery Network，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的簡稱，Q)N網(wǎng)絡(luò)的根本原理 在于，其將服務(wù)Peer節(jié)點部署在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，盡可能靠近用戶側(cè)，從而用戶可以較傳統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)方式而言更近距離地請求和獲取內(nèi)容，達到更好地服務(wù)效果。在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中，越長 的傳輸距離意味著越大的延遲和越大的丟包率，因此，讓服務(wù)Peer節(jié)點盡可能地靠近用戶 能夠有效減少延遲和丟包率給用戶帶來的負面影響。
[0004] P2P是英文Peer to Peer(對等）的簡稱，相對于傳統(tǒng)的C/S模式而言，P2P技術(shù) 無疑是一次巨大的革新，它將原來由少數(shù)主機單獨完成的任務(wù)分配到網(wǎng)絡(luò)中任何一臺有能 力完成這一服務(wù)的機器，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架將不再是傳統(tǒng)的主-從模式，而是完全平等的一種模式， P2P網(wǎng)絡(luò)中，所有的終端都是平等的，當(dāng)用戶希望獲取某項資源的時候，P2P網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)度 設(shè)備--tracker將會根據(jù)用戶的請求和實際網(wǎng)絡(luò)情況，為用戶指定合適的Peer節(jié)點列 表peerlist，用戶可以根據(jù)這個peerlist向列表中的Peer節(jié)點發(fā)送獲取內(nèi)容請求，從而建 立連接，從多個Peer節(jié)點獲取相關(guān)內(nèi)容。
[0005] ⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)，顧名思義，就是將⑶N網(wǎng)絡(luò)與P2P網(wǎng)絡(luò)通過某些技術(shù)融合起來， 形成能夠取長補短的⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)。⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)的好處在于，其既具備了⑶N網(wǎng) 絡(luò)的"一跳式"服務(wù)特性，又有效地降低了服務(wù)成本。因為系統(tǒng)將不再單純依賴CDN能力， 當(dāng)P2P能力能夠滿足系統(tǒng)需求的時候，系統(tǒng)將優(yōu)先選擇P2P為用戶提供服務(wù)。
[0006] 就像交叉學(xué)科的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合也是為了集各種技術(shù)所長，充分取長補短， 實現(xiàn)效益最大化的同時兼得用戶體驗。隨著CDN和P2P技術(shù)的流行，人們除了在享受這兩 種技術(shù)帶給人們的快捷體驗和忍受這兩種技術(shù)中的不足之外，也在設(shè)想如何能夠?qū)⑦@兩種 技術(shù)融合起來揚長避短，因此，CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架應(yīng)運而生。伴隨著這一研究的流行化， 人們對這一領(lǐng)域的研究也逐漸多元化，基本涵蓋了如何構(gòu)建⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)、⑶N-P2P融 合網(wǎng)絡(luò)下的策略研究，包括調(diào)度策略、組網(wǎng)策略等、各類因素對CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)的影響及 處理措施等、運行于⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上的各種業(yè)務(wù)和操作。
[0007] 綜上所述，盡管有關(guān)⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)的研究包含了問題的多個方面，以上研究 均沒有涉及⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)中有關(guān)⑶N部署策略的研究，然而，⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)本來的 出發(fā)點是如何在保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗的前提下，盡可能地減少CDN的部署，以減 少部署和運維開銷。并且，現(xiàn)有的研究成果并沒有給CDN服務(wù)提供商和用戶提供一種能最 大化發(fā)揮⑶N和P2P優(yōu)勢的⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，現(xiàn)階段，無論是樹型⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò) 構(gòu)架還是網(wǎng)格型⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，都無法在保證⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)健壯性的同時，保 證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，因此，需要一種全新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來同時實現(xiàn)健壯性和高效性。
[0008] 現(xiàn)階段，關(guān)于⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)有多重提議，在文獻1(ZhiHuiLu，Ye Wang,YangRichardYang,"AnAnalysisandComparisonofCDN_P2PhybridContent DeliverySystemandModel"，JournalofCommunications,Vol7,No3 (2012),232-245, Mar2012doi:10. 4304/jcm. 7. 3. 232-245.)中，如圖 1 所示，作者給出 了一種基于層 (layer-based)的⑶N-P2P拓撲結(jié)構(gòu)，⑶N和P2P分屬于不同的層，⑶N服務(wù)器之間可以進行 資源交互和負載均衡，系統(tǒng)中的Peer可以請求CDN或者其他Peer獲取相應(yīng)資源。然而，這 一系統(tǒng)中，所有的Peer節(jié)點是隨機分布的，因此，一個Peer可以為任意其他Peer服務(wù)，這 樣的機制帶來的后果是，可能會引進沖突，因為存在這樣一種情況：系統(tǒng)中所有的Peer節(jié) 點并發(fā)地同時向一個Peer請求內(nèi)容。為了避免這一缺陷，一種具備健壯性的網(wǎng)絡(luò)拓撲非常 必要。
[0009]在文獻 2(CesarA.V.Melo，Jo~aodaMataLib'orio,NelsonL.S.da Fonseca, "0bjectManagementPoliciesinP2P-CDNNetworks，'，Communications(ICC), 2012IEEEInternationalConferenceonDateofConference：l〇-15June2012)中，作者 提出了一種基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，圖2展示了這一構(gòu)架的拓撲原理。這 一構(gòu)架結(jié)合了傳統(tǒng)P2P網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，將P2P網(wǎng)格結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用于CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu) 架當(dāng)中，因此，整個網(wǎng)絡(luò)的運行模式仍然類似傳統(tǒng)的P2P網(wǎng)絡(luò)，盡管這一構(gòu)架更加靈活，然 而由于這一構(gòu)架同時引進了P2P網(wǎng)絡(luò)中存在的弱點，使得網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中的Peer節(jié)點難以管 控。
[0010] 為了解決⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)的可管可控性問題，文獻1中亦給出了一種由某研 究機構(gòu)提出的樹型CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（如圖3所示），樹型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓撲的 好處在于，相對于傳統(tǒng)P2P的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)拓撲，樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，每個Peer節(jié)點都知道自己 的位置，即每個Peer節(jié)點既知道自己的父輩（parent)Peer節(jié)點的信息，也知道自己的子 (children)Peer節(jié)點和兄弟（sibling)Peer節(jié)點的信息，從而實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的有序性，并 以此達到網(wǎng)絡(luò)的可管可控。但是，樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)也存在一些問題，例如，相對于其他網(wǎng)絡(luò) 拓撲（網(wǎng)格、環(huán)形、星型等）來說，樹型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的Peer節(jié)點對于樹根，也就是⑶N-P2P 融合網(wǎng)絡(luò)中的CDN服務(wù)器的依賴性會比較大，這將不利于CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展， 同時，樹型結(jié)構(gòu)中，離根Peer節(jié)點越近的Peer節(jié)點，其性能越好，而離根Peer節(jié)點越遠的 Peer節(jié)點其性能卻越差，這也會影響CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)的整體性能和擴展性，不利于網(wǎng)絡(luò) 層數(shù)的增長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的樹 型CDN-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及方法，在保證系統(tǒng)的擴展性、健壯性和靈活性的同時，保證系統(tǒng) 的有序性和可管可控。
[0012] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0013] 一種基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的樹型⑶N-P2P融合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，包括⑶N服務(wù)器和各層的Peer 節(jié)點，在整體保持樹狀網(wǎng)絡(luò)拓撲的前提下，上、下層的Peer節(jié)點之間形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；
[0014] 所述⑶N服務(wù)器能夠提供N。的服務(wù)能力，即N。條并發(fā)連接數(shù)；
[0015]每個Peer節(jié)點需要k個連接同時為其服務(wù)，該k個連接分別連接到k個不同的Peer節(jié)點（這k個Peer節(jié)點可以是任意層的），形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
[0016] 一種所述構(gòu)架的使用方法，包括：
[0017] 確定所述CDN服務(wù)器的服務(wù)能力后，對Peer節(jié)點進行調(diào)度；
[0018] 為所述網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架所服務(wù)的系統(tǒng)中的每一個Peer節(jié)點設(shè)置權(quán)值，對于有Peer節(jié)點 退出的情況，采取新加入Peer節(jié)點補充策略；
[0019] 采取獎勵機制提升系統(tǒng)中每個Peer節(jié)點的貢獻率。
[0020] 所述確定所述⑶N服務(wù)器的服務(wù)能力后，對Peer節(jié)點進行調(diào)度是這樣實現(xiàn)的：
[0021] 步驟1 :第一個Peer節(jié)點加入系統(tǒng)，⑶N服務(wù)器為其提供服務(wù)；
[0022] 步驟2 :后續(xù)n個Peer節(jié)點加入系統(tǒng)，采取以下策略：
[0023] 當(dāng)前用戶規(guī)模為M(t)，⑶N服務(wù)器能支持的最大用戶規(guī)模為M，當(dāng)M(t)大于M時， 選擇P2P為其提供服務(wù)，否則選擇CDN服務(wù)器為其提供服務(wù)。
[0024] 所述新加入Peer節(jié)點補充策略具體如下：
[0025] 狀態(tài)1:初始狀態(tài)
[0026] 設(shè)置當(dāng)前權(quán)值currentWeight為0,最小權(quán)值minWeight為0，Peer節(jié)點編號i為 0,退出Peer節(jié)點標(biāo)識ID為無窮大;
[0027] 狀態(tài)2:用戶開始加入系統(tǒng)
[0028] 將用戶行為user, action設(shè)置為加入狀態(tài)add時，比較i和ID的大小：
[0029] 當(dāng)i小于ID時，Peer節(jié)點的編號user,identifier設(shè)置為i，Peer節(jié)點的權(quán)值 user,weight設(shè)置為currentWeight,minWeight設(shè)置為currentWeight,currentWeight累 加1，i累加1 ;
[0030] 否則，Peer節(jié)點的編號user,identifier設(shè)置為ID,即標(biāo)識系統(tǒng)中有Peer節(jié)點退 出，Peer節(jié)點的權(quán)值user,weight設(shè)置為minWeight,即標(biāo)識為退出Peer節(jié)點權(quán)值，將退出 Peer節(jié)點標(biāo)識ID再次設(shè)置為無窮大00，最后將minWeight設(shè)置為currentWeight;
[0031] 狀態(tài)3:用戶離開系統(tǒng)
[0032] 將用戶行為user,action設(shè)置為離開狀態(tài)abort，用ID記錄離開Peer節(jié)點的編號 user,identifier，并將minWeight設(shè)置為離開Peer節(jié)點的權(quán)值user,weight。
[0033] 將上述各個參數(shù)均用數(shù)組類型存儲后，能夠?qū)eer節(jié)點進行并發(fā)處理。
[0034] 當(dāng)一個新Peer節(jié)點要求加入系統(tǒng)時，系統(tǒng)首先將其放置到之前退出的Peer節(jié)點 的位置。
[0035] 所述采取獎勵機制提升系統(tǒng)中每個Peer節(jié)點的貢獻率是這樣實現(xiàn)的：
[0036] 1)新加入系統(tǒng)的Peer節(jié)點享有在⑶N服務(wù)器空閑時獲得由⑶N