專利名稱：面向msvmt問題的兩階段分布式應(yīng)用層組播方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及面向P2P數(shù)據(jù)分發(fā)應(yīng)用的分布式應(yīng)用層組播方法，該方法是面向針對P2P視頻直播應(yīng)用特點(diǎn)的MSVMT問題的分布式應(yīng)用層組播方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用層組播的核心思想是在所有參與節(jié)點(diǎn)之間，構(gòu)建應(yīng)用層之上的樹型邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。樹的根節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)源，樹上每個節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)的同時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，通過每個父-子節(jié)點(diǎn)對的單播轉(zhuǎn)發(fā)形成組播。如圖1所示。
視頻直播應(yīng)用存在延遲敏感、實(shí)時約束、存在大量并發(fā)且不斷連續(xù)的用戶請求三個特點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了最大節(jié)點(diǎn)數(shù)的組播樹MSVMT(Maximum Sum ofVertices Multicast Tree)問題，即延遲和出度受限下的節(jié)點(diǎn)數(shù)最大化問題，該問題是針對視頻直播應(yīng)用的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。延遲上限由用戶按需指定，而出度上限是節(jié)點(diǎn)能力的內(nèi)在約束，即它能服務(wù)的節(jié)點(diǎn)個數(shù)受到接入帶寬，計(jì)算能力等自身能力的限制。
在動態(tài)分布環(huán)境中，分布式應(yīng)用層組播方法較為復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)頻繁的加入/離開操作、節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)鏈路的異常變化使得組播樹極為動態(tài)。為適應(yīng)系統(tǒng)的動態(tài)性，節(jié)點(diǎn)通常自組織成物理網(wǎng)絡(luò)之上的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，該覆蓋網(wǎng)絡(luò)通常把節(jié)點(diǎn)組織成兩個邏輯拓?fù)淇刂仆負(fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)?。控制拓?fù)渲饕脕碓诠?jié)點(diǎn)間周期性地交換心跳信息、刷新信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮綔y信息等控制信息，以便發(fā)現(xiàn)并處理節(jié)點(diǎn)的非法離開、狀態(tài)更新和拓?fù)湫畔⒆兓瘜ν負(fù)涞挠绊憽?shù)據(jù)傳輸拓?fù)渫ǔＪ强刂仆負(fù)涞囊粋€子集，用來表明數(shù)據(jù)包多點(diǎn)傳輸時的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，構(gòu)成轉(zhuǎn)發(fā)樹。
根據(jù)構(gòu)建控制拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)涞捻樞?，可以將目前分布式?yīng)用層組播方法分為基于樹優(yōu)先的應(yīng)用層組播、基于網(wǎng)眼mesh優(yōu)先的應(yīng)用層組播和基于隱含構(gòu)建的應(yīng)用層組播?；趍esh構(gòu)建的應(yīng)用層組播和基于隱含構(gòu)建的應(yīng)用層組播的可擴(kuò)展性都較差?；跇鋬?yōu)先的應(yīng)用層組播方法的思想是節(jié)點(diǎn)直接在節(jié)點(diǎn)集合內(nèi)挑選父節(jié)點(diǎn)，從而自治地構(gòu)成組播樹，即構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)?。而每個組成員會按管理原則與組播樹中某些節(jié)點(diǎn)保持控制連接，組播樹與這些額外連接相加就構(gòu)成控制拓?fù)?。這種構(gòu)建方法構(gòu)建簡單、可擴(kuò)展性好、健壯性好、用戶自主性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)按需構(gòu)建?；跇鋬?yōu)先的應(yīng)用層組播方法也存在一些問題，如節(jié)點(diǎn)加入過程需要從根節(jié)點(diǎn)開始由上至下輪詢組播樹，靠近根節(jié)點(diǎn)的上層節(jié)點(diǎn)負(fù)載重，而靠近葉節(jié)點(diǎn)的下層節(jié)點(diǎn)負(fù)載輕，這樣導(dǎo)致負(fù)載不平衡的問題；選擇最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)的策略簡單，利用的拓?fù)湫畔⒂邢?，一般都是單?dú)以延遲或帶寬作為評價函數(shù)；不具備面向組播樹的構(gòu)建來分析、優(yōu)化從控制拓?fù)涓兄奈锢砭W(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌哪芰?，對組播樹的優(yōu)化比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對基于樹優(yōu)先的分布式應(yīng)用層組播構(gòu)建方法存在負(fù)載不平衡、最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)選擇不合理、組播樹優(yōu)化比較困難的缺陷，提出了一個面向MSVMT問題的，采用保持負(fù)載平衡的節(jié)點(diǎn)加入方法，采用能選擇綜合權(quán)衡延遲和出度的PPAF(Powerful Propagating Ability First)啟發(fā)式，采用基于三角法則的主干拓?fù)錁?gòu)建方法的樹優(yōu)先分布式應(yīng)用層組播構(gòu)建方法。
解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是面向MSVMT問題的兩階段樹優(yōu)先分布式應(yīng)用層組播構(gòu)建方法LiveStream。包括如下三個分布式步驟1)節(jié)點(diǎn)加入分為兩個階段，即對應(yīng)視頻直播開始之前的初始構(gòu)建階段ICP(Initial Construction Phase)和開始之后的正式構(gòu)建階段FCP(FormalConstruction Phase)；a)ICP階段把在視頻直播開始之前請求加入覆蓋網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)合理地組織起來；i)初始主干拓?fù)錁?gòu)建子階段請求節(jié)點(diǎn)首先獲取可選節(jié)點(diǎn)集合，這通過借助RP(rendezvous point)方法來獲取一個固定大小的可選節(jié)點(diǎn)集合實(shí)現(xiàn)，這個集合中的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加入到組播樹中。之后不斷利用絕對三角法則尋找前后向鄰居節(jié)點(diǎn)，最終形成以源節(jié)點(diǎn)為中心的類似星型的有向圖的主干拓?fù)?；ii)初始數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?gòu)建子階段在視頻直播即將開始之前的某時刻t，源節(jié)點(diǎn)啟動初始數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?gòu)建子階段，開始從以源節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的組播樹上由上至下地選擇基于PPAF啟發(fā)式最優(yōu)、且滿足MSVMT問題約束條件的子節(jié)點(diǎn)加入到組播樹中；b)FCP階段在視頻直播開始之后，請求節(jié)點(diǎn)一旦找到一個符合相對三角法則的鄰居節(jié)點(diǎn)，就執(zhí)行加入操作，同時加入到主干拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)渲?；i)請求節(jié)點(diǎn)首先獲取可選節(jié)點(diǎn)集合，可同樣借助RP方法，并可通過Gossip協(xié)議獲得更多鄰居節(jié)點(diǎn)加入到可選節(jié)點(diǎn)集合。之后，請求節(jié)點(diǎn)不斷在可選節(jié)點(diǎn)集合中尋找符合相對三角法則的鄰居節(jié)點(diǎn)，一旦找到一個鄰居節(jié)點(diǎn)，就準(zhǔn)備加入到覆蓋網(wǎng)絡(luò)中；ii)請求節(jié)點(diǎn)基于相對三角法則中它與找到的鄰居節(jié)點(diǎn)的前后向鄰居關(guān)系，并基于PPAF啟發(fā)式的最優(yōu)選擇，決定請求節(jié)點(diǎn)加入到主干拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)涞姆绞剑?)節(jié)點(diǎn)自優(yōu)化請求節(jié)點(diǎn)加入到組播樹后，不斷根據(jù)相對三角法則尋找可選前向節(jié)點(diǎn)，找到一定數(shù)量的可選前向節(jié)點(diǎn)后，如果到其中某個節(jié)點(diǎn)的PPAF值大于到當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)的PPAF值且滿足MSVMT問題的約束，就進(jìn)行父節(jié)點(diǎn)替換操作；
3)節(jié)點(diǎn)退出分別處理節(jié)點(diǎn)主動退出和異常退出的情況；a)主動退出發(fā)送退出消息給父節(jié)點(diǎn)，發(fā)送重選父節(jié)點(diǎn)消息給它的每個兒子節(jié)點(diǎn)，退出組播樹；b)異常退出所有的父子節(jié)點(diǎn)間會采用心跳協(xié)議(heart-beating)，當(dāng)任何兒子節(jié)點(diǎn)察覺到父節(jié)點(diǎn)失效時，會重新執(zhí)行節(jié)點(diǎn)加入操作。當(dāng)父節(jié)點(diǎn)察覺到某子節(jié)點(diǎn)失效時，它把該子節(jié)點(diǎn)從子節(jié)點(diǎn)集合中刪除。
所述的三角法則方法用來確定節(jié)點(diǎn)間的前后向鄰居關(guān)系，即認(rèn)為相對源節(jié)點(diǎn)在物理網(wǎng)絡(luò)上屬于同一方向上的節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成鄰居關(guān)系。三角法則的具體實(shí)現(xiàn)是考慮由請求節(jié)點(diǎn)u，被請求節(jié)點(diǎn)v和基準(zhǔn)點(diǎn)w之間的物理延遲做為權(quán)值構(gòu)成的邊組成的三角形，圖2說明了u、v、w能構(gòu)成三角形的情況，如果u，v分別到w的邊之間的夾角小于θ＝∏/12，即它們相對w節(jié)點(diǎn)是屬于同一方向上的節(jié)點(diǎn)，則可確定u、v的鄰居關(guān)系，而根據(jù)u和v距離w的遠(yuǎn)近可以確定它們之間的前后向鄰居關(guān)系。在ICP階段，用戶請求無需實(shí)時響應(yīng)，源節(jié)點(diǎn)s作為基準(zhǔn)點(diǎn)，稱為絕對三角法則。在FCP階段，采用v的父節(jié)點(diǎn)取代s作為基準(zhǔn)點(diǎn)，能擴(kuò)大找到鄰居節(jié)點(diǎn)的概率并減少s的負(fù)載，稱為相對三角法則。
所述的主干拓?fù)湮挥诳刂仆負(fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)渲g，它利用控制拓?fù)涓兄奈锢砭W(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ纬苫谌欠▌t的以源節(jié)點(diǎn)為中心、屬于同一方向的節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)的類似星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)涞膬?yōu)化奠定基礎(chǔ)。
所述的PPAF啟發(fā)式可綜合權(quán)衡延遲和出度兩項(xiàng)拓?fù)湫畔?，為?jié)點(diǎn)u估計(jì)在可選節(jié)點(diǎn)集合中的節(jié)點(diǎn)v可帶來的子孫節(jié)點(diǎn)數(shù)，從而在可選節(jié)點(diǎn)集合中選出可帶來最大子節(jié)點(diǎn)數(shù)的最優(yōu)子節(jié)點(diǎn)，這與MSVMT問題的優(yōu)化目標(biāo)相吻合。它的具體實(shí)現(xiàn)是當(dāng)u請求成為v的子節(jié)點(diǎn)時，構(gòu)造以子節(jié)點(diǎn)u為根節(jié)點(diǎn)的同質(zhì)子樹Tu，如圖3所示。所謂同質(zhì)是假設(shè)Tu上u的任何子孫節(jié)點(diǎn)w的拓?fù)湫畔⑴cu本身的拓?fù)湫畔⑾嗤?，即w的出度不超過u的出度，w到u的父節(jié)點(diǎn)的延遲不超過d(v，u)。則u能為v帶來的子孫節(jié)點(diǎn)數(shù)H(v，u)，稱為u到v的PPAF值，可定義為H(v,u)=f(u)l(v,u)-1f(u)-1f(u)>1l(v,u)f(u)=1]]> 其中H(v，u)即PPAF啟發(fā)式，稱為u到v的PPAF值；節(jié)點(diǎn)u、v間的最短路徑延遲由d(u，v)∈R+表示；應(yīng)用層組播樹上任一節(jié)點(diǎn)v，對應(yīng)一條覆蓋路徑(Overlay Path) 它表示在應(yīng)用層組播樹上從s經(jīng)過若干個中間頂點(diǎn)到達(dá)v的路徑矢量。而v的覆蓋路徑延遲OPD(Overlay Path Delay)表示從s到v的延遲總和，即OPD(v)＝d(s，v1)+d(v1，v2)+…+d(vk，v)，其中v1，v2…為覆蓋路徑上的中間頂點(diǎn)；延遲上限Δ由用戶指定，可指定為30秒。
本發(fā)明所產(chǎn)生的預(yù)期效果是它的節(jié)點(diǎn)加入過程不會導(dǎo)致負(fù)載不平衡的問題，因?yàn)閺恼w上看，節(jié)點(diǎn)可能是隨機(jī)從組播樹中的任一節(jié)點(diǎn)加入的；它利用了本發(fā)明提出的綜合權(quán)衡延遲和出度兩項(xiàng)拓?fù)湫畔⒌腜PAF啟發(fā)式，它能為子節(jié)點(diǎn)挑選出較優(yōu)的父節(jié)點(diǎn)；它利用本發(fā)明提出的基于三角法則的主干拓?fù)浞椒?gòu)建合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該主干拓?fù)錁?gòu)建方法可把在物理網(wǎng)絡(luò)中是相對源節(jié)點(diǎn)屬于同一個方向上的節(jié)點(diǎn)確定為鄰居節(jié)點(diǎn)，從而形成以源節(jié)點(diǎn)為中心，屬于同一方向的節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)的類似星型的覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，節(jié)點(diǎn)具有對從控制拓?fù)涓兄奈锢砭W(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌姆治龊蛢?yōu)化能力。


圖1應(yīng)用層組播示意圖。
圖2u，v，w能構(gòu)成三角形的情況。
圖3以子節(jié)點(diǎn)u為根節(jié)點(diǎn)的同質(zhì)子樹。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對基于樹優(yōu)先的分布式應(yīng)用層組播構(gòu)建方法存在負(fù)載不平衡、最優(yōu)父節(jié)點(diǎn)選擇不合理、組播樹優(yōu)化比較困難的缺陷，提出了一個面向MSVMT問題的，基于保持負(fù)載平衡的節(jié)點(diǎn)加入方法，基于能選擇綜合權(quán)衡延遲和出度的PPAF啟發(fā)式，基于三角法則的主干拓?fù)錁?gòu)建方法，的樹優(yōu)先分布式應(yīng)用層組播構(gòu)建方法LiveStream。
在視頻直播開始之前，即ICP階段，許多節(jié)點(diǎn)請求加入到覆蓋網(wǎng)絡(luò)中。此時不傳輸實(shí)際的視頻流，暫時不需要構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)洹５撾A段有充分的時間保證在請求節(jié)點(diǎn)間構(gòu)造合理的主干拓?fù)?。把這些可能的穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)合理地組織起來，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由此，可把ICP從分為兩個子階段，即初始主干拓?fù)錁?gòu)建子階段和初始數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?gòu)建子階段。
在初始主干拓?fù)錁?gòu)建子階段，每個節(jié)點(diǎn)不斷利用絕對三角法則尋找其鄰居節(jié)點(diǎn)，最終構(gòu)成的主干拓?fù)涫且詓為中心的類似星型的有向圖，邊的方向是由前向節(jié)點(diǎn)指向后向節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)能夠?qū)ふ业泥従庸?jié)點(diǎn)越多，構(gòu)建的主干拓?fù)湓胶侠?。具體過程如下1)請求節(jié)點(diǎn)u首先獲取可選節(jié)點(diǎn)集合，可借助RP方法來獲取一個固定大小的可選節(jié)點(diǎn)集合，這個集合中的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加入到組播樹中；2)對于每個如可選節(jié)點(diǎn)集合中的節(jié)點(diǎn)v，節(jié)點(diǎn)u執(zhí)行驗(yàn)證絕對三角法則過程，它判斷u、v之間是否構(gòu)成前后鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)系，該過程在ICP階段和FCP階段是通用的，其具體過程是根據(jù)所屬階段，確定基準(zhǔn)點(diǎn)w，在ICP階段，w是源節(jié)點(diǎn)s，而在FCP階段，需要向v詢問v的父節(jié)點(diǎn)的信息；探測u到w的延遲；發(fā)送驗(yàn)證三角法則的Validate消息給v，并接收返回信息；根據(jù)返回信息，確定u和v的鄰居關(guān)系；
3)當(dāng)節(jié)點(diǎn)v收到Validate消息時，它需要驗(yàn)證三角法則，執(zhí)行以下過程v探測到u的延遲；根據(jù)所屬階段，確定基準(zhǔn)點(diǎn)w；根據(jù)三角法則，發(fā)送反映u和v鄰居關(guān)系的返回消息給u。
在視頻直播即將開始之前的某時刻t，源節(jié)點(diǎn)s啟動ICP_Join過程，選擇符合約束條件的最優(yōu)子節(jié)點(diǎn)。由此，系統(tǒng)進(jìn)入初始數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?gòu)建子階段，開始從樹的根節(jié)點(diǎn)由上至下地選擇最優(yōu)子節(jié)點(diǎn)加入到組播樹中。數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?gòu)建子階段過程是最多執(zhí)行O(logfminn)步，fmin是節(jié)點(diǎn)最大出度的最小值。執(zhí)行的具體過程是；1)s節(jié)點(diǎn)首先加入到組播樹；把它的后向鄰居節(jié)點(diǎn)集合中的節(jié)點(diǎn)按照這些節(jié)點(diǎn)到s的PPAF值從大到小排序；選擇PPAF值最大的、且滿足延遲約束的最大出度個后向節(jié)點(diǎn)作為子節(jié)點(diǎn)；對每個子節(jié)點(diǎn)發(fā)送加入消息ICP_Join；2)當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到ICP_Join消息，它執(zhí)行與s類似的選擇最優(yōu)子節(jié)點(diǎn)的過程，如此迭代地選擇，直到覆蓋所有節(jié)點(diǎn)或者組播樹由于受到延遲受限和出度受限的約束，已不能再增加節(jié)點(diǎn)。加入到組播樹的節(jié)點(diǎn)即加入到數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)渲?。非源?jié)點(diǎn)在選擇最優(yōu)子節(jié)點(diǎn)時，需要保證這些子節(jié)點(diǎn)沒有加入到組播樹中，這與源節(jié)點(diǎn)不同。
在FCP階段，為實(shí)時響應(yīng)用戶請求，在節(jié)點(diǎn)加入時，一旦找到一個符合相對三角法則的鄰居節(jié)點(diǎn)，就應(yīng)該執(zhí)行加入操作，同時加入到主干拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)渲?。請求?jié)點(diǎn)u加入時，不斷在被探測節(jié)點(diǎn)集合中尋找符合相對三角法則的鄰居節(jié)點(diǎn)，即不斷執(zhí)行驗(yàn)證相對三角法則過程。注意，被探測節(jié)點(diǎn)集合中的節(jié)點(diǎn)一定是已經(jīng)加入到組播樹的節(jié)點(diǎn)。一旦找到一個鄰居節(jié)點(diǎn)v，就執(zhí)行節(jié)點(diǎn)加入操作，這是分情況的1)如果v是u的前向節(jié)點(diǎn)，則需要判斷u是否能夠成為v的子節(jié)點(diǎn)。具體過程是判斷u是否滿足延遲約束，v是否滿足出度約束；如果v還有剩余度數(shù)，則令u的父節(jié)點(diǎn)是v，并向v發(fā)出加入請求消息；如果v達(dá)到最大出度，則發(fā)送消息給v，要求v返回v的最差子節(jié)點(diǎn)到v的PPAF值，如果該最差子節(jié)點(diǎn)的PPAF值比u到v的PPAF值小，u將發(fā)送淘汰該最差子節(jié)點(diǎn)的消息給v，而u成為v的子節(jié)點(diǎn)。
2)如果u是v的前向節(jié)點(diǎn)，則需要判斷是否能讓u成為w的子節(jié)點(diǎn)，v成為u的子節(jié)點(diǎn)。具體過程是判斷u，v是否滿足延遲約束；如果u到w的PPAF值大于v到w的PPAF值，則u將成為w的子節(jié)點(diǎn)，而v成為u的子節(jié)點(diǎn)。
一旦節(jié)點(diǎn)探測完所有被探測節(jié)點(diǎn)集合中的節(jié)點(diǎn)后，如果不能找到鄰居節(jié)點(diǎn)，它將選擇一個滿足出度約束且u到該節(jié)點(diǎn)的PPAF值在被探測節(jié)點(diǎn)集合范圍內(nèi)是最大的節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)。這樣，也是為了實(shí)時響應(yīng)用戶請求。
而當(dāng)節(jié)點(diǎn)加入到組播樹后，還可以繼續(xù)執(zhí)行自優(yōu)化操作。此時，不是找到一個更優(yōu)的父節(jié)點(diǎn)就進(jìn)行替換操作，而是找到一定數(shù)量可選前向節(jié)點(diǎn)后，如果到其中某個節(jié)點(diǎn)的PPAF值大于到當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)的PPAF值且滿足延遲和出度約束，則執(zhí)行父節(jié)點(diǎn)的替換操作。這樣可以減少自優(yōu)化操作的控制開銷。
節(jié)點(diǎn)可能主動退出或者異常退出，以下針對不同的情況給出不同的處理辦法。
1)對于主動退出，具體過程它會發(fā)送Leave消息給父節(jié)點(diǎn)；發(fā)送Rejoin消息給它的每個子節(jié)點(diǎn)；退出組播樹。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到Rejoin消息時，執(zhí)行以下操作退出組播樹；重新執(zhí)行加入過程；如果它不能找到新的父節(jié)點(diǎn)，就會遞歸地發(fā)送Rejoin消息給它的子節(jié)點(diǎn)。
2)對于異常退出，需要在所有的父子節(jié)點(diǎn)間采用心跳協(xié)議(heart-beating)。當(dāng)任何子節(jié)點(diǎn)察覺到父節(jié)點(diǎn)失效時，它都會執(zhí)加入操作。當(dāng)父節(jié)點(diǎn)察覺到某子節(jié)點(diǎn)失效時，它把該子節(jié)點(diǎn)從子節(jié)點(diǎn)集合中刪除，并相應(yīng)地調(diào)整自己的出度。
本技術(shù)方案提出的三角法則方法具有較好的理論分析結(jié)果。對于絕對三角法則，假設(shè)節(jié)點(diǎn)均勻分布在以源節(jié)點(diǎn)為圓心、半徑為R的圓中，節(jié)點(diǎn)u距離圓心的距離為d，θ是三角法則的參數(shù)，R＞2dcosθ，如果遵循絕對三角法則來構(gòu)建覆蓋網(wǎng)絡(luò)，則u能夠找到鄰居節(jié)點(diǎn)的概率是(θ+(tanθ2+θ2sin22θ-14sin2θ-sin2θ)*(dR)2)*1π.]]>對于相對三角法則，如果在FCP階段利用相對三角法則來構(gòu)建應(yīng)用層組播樹，那么節(jié)點(diǎn)的伸展度上限是1/cosnθ(0＜θ＜π/2)，其中n是節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的路徑上的節(jié)點(diǎn)所能疊加的層數(shù)。
權(quán)利要求
1.面向MSVMT問題的兩階段分布式應(yīng)用層組播方法，其特征在于該方法包括如下三個分布式步驟1)節(jié)點(diǎn)加入分為兩個階段，即對應(yīng)視頻直播開始之前的初始構(gòu)建階段ICP(Initial Construction Phase)和開始之后的正式構(gòu)建階段FCP(FormalConstruction Phase)；a)ICP階段把在視頻直播開始之前請求加入覆蓋網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)合理地組織起來；i)初始主干拓?fù)錁?gòu)建子階段請求節(jié)點(diǎn)首先獲取可選節(jié)點(diǎn)集合，這通過借助RP(rendezvous point)方法來獲取一個固定大小的可選節(jié)點(diǎn)集合實(shí)現(xiàn)，這個集合中的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加入到組播樹中。之后不斷利用絕對三角法則尋找前后向鄰居節(jié)點(diǎn)，最終形成以源節(jié)點(diǎn)為中心的類似星型的有向圖的主干拓?fù)?；ii)初始數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?gòu)建子階段在視頻直播即將開始之前的某時刻t，源節(jié)點(diǎn)啟動初始數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?gòu)建子階段，開始從以源節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的組播樹上由上至下地選擇基于PPAF啟發(fā)式最優(yōu)、且滿足MSVMT問題約束條件的子節(jié)點(diǎn)加入到組播樹中；b)FCP階段在視頻直播開始之后，請求節(jié)點(diǎn)一旦找到一個符合相對三角法則的鄰居節(jié)點(diǎn)，就執(zhí)行加入操作，同時加入到主干拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)渲校籭)請求節(jié)點(diǎn)首先獲取可選節(jié)點(diǎn)集合，可同樣借助RP方法，并可通過Gossip協(xié)議獲得更多鄰居節(jié)點(diǎn)加入到可選節(jié)點(diǎn)集合，之后，請求節(jié)點(diǎn)不斷在可選節(jié)點(diǎn)集合中尋找符合相對三角法則的鄰居節(jié)點(diǎn)，一旦找到一個鄰居節(jié)點(diǎn)，就準(zhǔn)備加入到覆蓋網(wǎng)絡(luò)中；ii)請求節(jié)點(diǎn)基于相對三角法則中它與找到的鄰居節(jié)點(diǎn)的前后向鄰居關(guān)系，并基于PPAF啟發(fā)式的最優(yōu)選擇，決定請求節(jié)點(diǎn)加入到主干拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)涞姆绞剑?)節(jié)點(diǎn)自優(yōu)化請求節(jié)點(diǎn)加入到組播樹后，不斷根據(jù)相對三角法則尋找可選前向節(jié)點(diǎn)，找到一定數(shù)量的可選前向節(jié)點(diǎn)后，如果到其中某個節(jié)點(diǎn)的PPAF值大于到當(dāng)前父節(jié)點(diǎn)的PPAF值且滿足MSVMT問題的約束，就進(jìn)行父節(jié)點(diǎn)替換操作；3)節(jié)點(diǎn)退出分別處理節(jié)點(diǎn)主動退出和異常退出的情況；a)主動退出發(fā)送退出消息給父節(jié)點(diǎn)，發(fā)送重選父節(jié)點(diǎn)消息給它的每個兒子節(jié)點(diǎn)，退出組播樹；b)異常退出所有的父子節(jié)點(diǎn)間會采用心跳協(xié)議(heart-beating)，當(dāng)任何兒子節(jié)點(diǎn)察覺到父節(jié)點(diǎn)失效時，會重新執(zhí)行節(jié)點(diǎn)加入操作。當(dāng)父節(jié)點(diǎn)察覺到某子節(jié)點(diǎn)失效時，它把該子節(jié)點(diǎn)從子節(jié)點(diǎn)集合中刪除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向MSVMT問題的兩階段分布式應(yīng)用層組播方法，其特征在于三角法則的具體實(shí)現(xiàn)是考慮由請求節(jié)點(diǎn)u，被請求節(jié)點(diǎn)v和基準(zhǔn)點(diǎn)w之間的物理延遲做為權(quán)值構(gòu)成的邊組成的三角形，如果u，v分別到w的邊之間的夾角小于θ＝∏/12，即它們相對w節(jié)點(diǎn)是屬于同一方向上的節(jié)點(diǎn)，則可確定u、v的鄰居關(guān)系，而根據(jù)u和v距離w的遠(yuǎn)近可以確定它們之間的前后向鄰居關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向MSVMT問題的兩階段分布式應(yīng)用層組播方法，其特征在于絕對三角法則是指在ICP階段，用戶請求無需實(shí)時響應(yīng)，源節(jié)點(diǎn)s作為基準(zhǔn)點(diǎn)，相對三角法則是指在FCP階段，采用v的父節(jié)點(diǎn)取代s作為基準(zhǔn)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向MSVMT問題的兩階段分布式應(yīng)用層組播方法，其特征在于主干拓?fù)湮挥诳刂仆負(fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸拓?fù)渲g，它利用控制拓?fù)涓兄奈锢砭W(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，形成基于三角法則的以源節(jié)點(diǎn)為中心、屬于同一方向的節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)的類似星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向MSVMT問題的兩階段分布式應(yīng)用層組播方法，其特征在PPAF啟發(fā)式，當(dāng)u請求成為v的子節(jié)點(diǎn)時，構(gòu)造以子節(jié)點(diǎn)u為根節(jié)點(diǎn)的同質(zhì)子樹Tu，u能為v帶來的子孫節(jié)點(diǎn)數(shù)H(v，u)，稱為u到v的PPAF值，可定義為H(v,u)=f(u)l(v,u)-1f(u)-1f(u)>1l(v,u)f(u)=1]]> 。
全文摘要
本發(fā)明涉及面向MSVMT問題的兩階段分布式應(yīng)用層組播方法。采用保持負(fù)載平衡的節(jié)點(diǎn)加入方法，采用能選擇綜合權(quán)衡延遲和出度的PPAF啟發(fā)式，采用基于三角法則的主干拓?fù)錁?gòu)建方法的樹優(yōu)先分布式應(yīng)用層組播構(gòu)建方法。
文檔編號H04L12/46GK101083544SQ200710035300
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者劉鋒, 盧錫城, 彭宇行, 李東升, 李慧霸 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)