專利名稱：利用聲望模型的p2p流媒體系統(tǒng)節(jié)點有效性的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種利用聲望 模型的P2P流媒體系統(tǒng)節(jié)點有效性的檢測方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展和普及，多媒體新聞發(fā)布、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣 告、電子商務(wù)、視頻點播、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺、實時視頻會議等各種 互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的廣泛應(yīng)用，對傳統(tǒng)的播放方式提出了新的挑戰(zhàn)。流媒體技術(shù)可以 廣泛應(yīng)用于各種互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)中，從而豐富傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的表現(xiàn)形式，賦予寬 帶應(yīng)用更多的娛樂性和互動性，因此，流媒體技術(shù)必將成為未來寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的主 流技術(shù)。
傳統(tǒng)的流媒體系統(tǒng)主要采用客戶端/服務(wù)器(C/S)模式，用戶以單播的方式與服 務(wù)器建立連接，由于流媒體業(yè)務(wù)高帶寬需求、高服務(wù)質(zhì)量(QoS)保障的特點，隨著 用戶數(shù)目的增多，服務(wù)器軟、硬件資源將很快被消耗殆盡，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的擴展性 極差。最近興起的P2P技術(shù)能夠利用客戶端節(jié)點的資源減輕服務(wù)器和骨干網(wǎng)的負(fù)擔(dān)， 為解決流媒體內(nèi)容分發(fā)提供了 一個新的方向。
目前，大多數(shù)P2P流媒體系統(tǒng)采用了中心式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由索引服務(wù)器集中存 放所有P2P節(jié)點的信息。這種集中式的索引服務(wù)器能夠根據(jù)節(jié)點的請求進(jìn)行快速查 找并返回最優(yōu)的多個節(jié)點作為用戶節(jié)點的鄰居。如果用戶節(jié)點正常退出，將向索引 服務(wù)器發(fā)送"退出"信令，收到該信令后，索引服務(wù)器將節(jié)點信息從數(shù)據(jù)庫中刪除。 但是，如果由于用戶強制退出或是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障等原因?qū)е滤饕?wù)器無法收到 "退出"信令，將會造成索引服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中存在大量的無效節(jié)點。這樣，當(dāng)收 到節(jié)點的請求時，就有可能將無效節(jié)點作為最優(yōu)節(jié)點返回給請求節(jié)點，從而嚴(yán)重影 響了系統(tǒng)的可用性。因此，為了提高系統(tǒng)的可用性，索引服務(wù)器必須能夠檢測系統(tǒng) 中的無效節(jié)點并將其從數(shù)據(jù)庫中刪除。
針對這一點，大多數(shù)系統(tǒng)采用了基于心跳技術(shù)的故障檢測方法，其原理為索 引服務(wù)器周期性地向系統(tǒng)中的所有節(jié)點發(fā)送心跳包來檢測節(jié)點的運行狀態(tài)，節(jié)點收 到心跳包后立即返回響應(yīng)。如果索引服務(wù)器收到響應(yīng)，則表明節(jié)點仍然存活；如果 節(jié)點長時間未響應(yīng)，則判斷其為無效節(jié)點并從數(shù)據(jù)庫中刪除。但是，采用心跳技術(shù)有個致命的缺陷隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大，心跳包的數(shù)量成 線性增長。索引服務(wù)器不但需要根據(jù)請求節(jié)點的快速查找，而且還要定期向所有節(jié) 點發(fā)送心跳包、接收響應(yīng)并進(jìn)行超時判斷，承受了巨大的負(fù)載，消耗了自身的處理 能力與網(wǎng)絡(luò)帶寬，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的可擴展性。
為了解決P2P系統(tǒng)中存在的安全問題，EigenTrust、 EigenRep、 SemTrust、 PeerTrust、 PowerTrust、 FuzzyTrust等系統(tǒng)通過建立基于聲望的信任模型，有效地區(qū) 分惡意節(jié)點和善意節(jié)點，提高系統(tǒng)的安全保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明借鑒了基于聲望的信任模型，在P2P流媒體系統(tǒng)中引入聲望機制，提出 了一種利用聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)節(jié)點有效性的動態(tài)檢測方法。但是，由于流 媒體服務(wù)具有帶寬占用高、服務(wù)時間長的特點，在流媒體系統(tǒng)中引入聲望模型來動 態(tài)監(jiān)測節(jié)點的有效性，不僅需要保證檢測的準(zhǔn)確性，而且應(yīng)盡量減少聲望模型的控 制開銷，從而避免對流媒體服務(wù)造成的影響。
本發(fā)明的目的在于，為避免現(xiàn)有無效節(jié)點的故障檢測方法所采用的心跳技術(shù)對 索引服務(wù)器造成的巨大負(fù)載(處理能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬)，從而提供了一種利用聲望模型 的P2P流媒體系統(tǒng)節(jié)點有效性的檢測方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的利用聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)節(jié)點有效性的檢測 方法包括以下步驟
1) 設(shè)定聲望的下限值《和上限值《，且0<6>,<《<1，
其中，在所述聲望模型中，節(jié)點的聲望屬性具有雙重含義-表示節(jié)點的可用性該節(jié)點正常工作的概率； 表示節(jié)點的可信度該節(jié)點反饋信息的可信程度； 聲望的范圍為[《，《]，聲望越高則節(jié)點的可用性與可信度越高。
2) 根據(jù)反饋更新聲望
選取一段固定長度的時間作為計算時間單元CTU，每個CTU結(jié)束時，根據(jù)當(dāng)前 CTU內(nèi)收到的反饋信息對節(jié)點的聲望進(jìn)行修正。
由于節(jié)點反饋信息的不可靠與不準(zhǔn)確，建立在這些不確定性證據(jù)基礎(chǔ)上的對節(jié) 點聲望的修正，可視為不確定性推理問題。當(dāng)前解決不確定性推理問題的方法主要 有主觀貝葉斯方法、確定性理論、可能性理論、證據(jù)理論等傳統(tǒng)方法以及灰色系 統(tǒng)理論、粗糙集理論、概念圖等新型方法。以貝葉斯公式為基礎(chǔ)的貝葉斯理論，利用先驗知識和樣本數(shù)據(jù)來獲得對未知樣本的估計，使得不確定知識表示和推理在邏 輯上非常清晰并且易于理解，在人工智能中一直是處理不確定性的重要工具。因此， 本專利采用貝葉斯公式進(jìn)行聲望的推導(dǎo)計算。
假設(shè)在當(dāng)前CTU內(nèi)，節(jié)點《、尸2……尸"向索引服務(wù)器發(fā)送反饋信息，報告A為 無效節(jié)點。節(jié)點A的聲望為i ,，節(jié)點f的聲望為i , 用g表示用戶節(jié)點 f的反饋事件，且fi二AA……￡ ，表示A、 ￡2……￡ 同時發(fā)生；S。表示節(jié)點A為 無效節(jié)點。根據(jù)貝葉斯公式進(jìn)行推導(dǎo)計算，在收到節(jié)點《、尸2……《反饋信息的條件 下，節(jié)點A為無效節(jié)點的概率，即條件概率POS。/五)，約等于
1 一i
p(s。 / ￡)=--
l-a+a(H,)(1 —i 2)…(l-i ',) u"
由式l.l，得到了在節(jié)點《、/ 2……戶"反饋信息的條件下，節(jié)點A為無效節(jié)點的 概率，由此更新節(jié)點A的聲望i ,:
《
^股M1 —
a(i-尸0S。1，， a 4 。 l-尸(s。l五)
l-尸(s。l五) (12)
根據(jù)式1.2，如果某個節(jié)點發(fā)生故障，在接下來的幾個CTU內(nèi)將會收到其它節(jié)
點的反饋，將根據(jù)反饋的可信度對其聲望進(jìn)行調(diào)整反饋信息的可信度越高，即
p(&l五)越高，則聲望就收斂得越快，直至聲望低于下限《而從索引服務(wù)器中刪除
該節(jié)點信息；如果節(jié)點未發(fā)生故障，而個別節(jié)點因為自身原因發(fā)送錯誤的反饋，此
時，由于這些節(jié)點聲望不高，從而戶(s。i五)較低，只會使節(jié)點聲望稍微降低，不會
出現(xiàn)節(jié)點聲望降至低于下限《而誤刪除該節(jié)點信息。
3)聲望的時間效應(yīng)
為了緩解索引服務(wù)器的負(fù)載，減少不必要的網(wǎng)絡(luò)流量，節(jié)點只反饋探測到的無 效節(jié)點的信息，如果所有鄰居節(jié)點都有效，則不發(fā)送反饋。
選取一段固定長度的時間作為時間效應(yīng)的計算時間單元TTU。對于任意的節(jié)點， 如果當(dāng)前TTU內(nèi)索引服務(wù)器沒有收到任何關(guān)于該節(jié)點的反饋信息，則表明該節(jié)點仍 然存活。
另一方面，根據(jù)對P2P文件共享系統(tǒng)的調(diào)査，可以認(rèn)為節(jié)點存活的時間越長，
其發(fā)生故障的概率就越低，可用性與可信度就越高，聲望就越高。
由上述兩方面可做出推斷如下如果當(dāng)前TTU內(nèi)，索引服務(wù)器沒有收到任何關(guān)
于某個節(jié)點的反饋信息，則該節(jié)點的聲望增高。
6于是，對新加入的節(jié)點給定聲望初始值&，并且如果在當(dāng)前TTU內(nèi)未收到任何
關(guān)于該節(jié)點的反饋，則更新其的聲望i : 瞎fi +戦-i ), i S《
如果在連續(xù)幾個TTU內(nèi)都沒有收到任何關(guān)于節(jié)點的反饋，節(jié)點聲望將逐漸逼近 上限《。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過本發(fā)明的應(yīng)用，在P2P流媒體系統(tǒng)中建立聲望模型， 根據(jù)反饋信息動態(tài)計算并更新節(jié)點的聲望值，根據(jù)用戶的需求選擇合適的鄰居節(jié)點， 從而提高系統(tǒng)的整體可用性，有效地避免了采用心跳技術(shù)所造成的對索引服務(wù)器的 巨大負(fù)載(帶寬、處理能力)。
圖1為結(jié)合聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)的架構(gòu)；
圖2為結(jié)合聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)的一具體應(yīng)用場景。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的用于P2P流媒體系統(tǒng)的聲望模型進(jìn)行詳細(xì)說明。 圖1為結(jié)合聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)的具體架構(gòu)。如圖1所示，在控制中心 部署管理服務(wù)器、頻道服務(wù)器、索引服務(wù)器及若干數(shù)據(jù)源服務(wù)器；用戶節(jié)點通過運 行于終端(計算機，機頂盒，手機等)的客戶端軟件加入系統(tǒng)接受服務(wù)。圖中實線 箭頭表示系統(tǒng)中的控制流，虛線箭頭表示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流。
結(jié)合聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)中，各服務(wù)器的功能如下所述管理服務(wù)器負(fù) 責(zé)對索引服務(wù)器、數(shù)據(jù)源服務(wù)器、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)器的人工管理及動態(tài)配置；頻道服 務(wù)器周期性地從數(shù)據(jù)庫中讀取所有數(shù)據(jù)源服務(wù)器的信息，生成包含所有頻道信息的 可擴展標(biāo)記語言(XML)文件，并以超文本傳輸協(xié)議(HTTP)的方式響應(yīng)用戶的請 求而發(fā)送該XML文件；索引服務(wù)器作為所在區(qū)域的P2P網(wǎng)絡(luò)的中心索引服務(wù)器保存
了該區(qū)域中P2P網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的信息，包括每個節(jié)點的聲望值；每個數(shù)據(jù)源服務(wù)
器對應(yīng)一個頻道，流化視頻文件，生成能夠在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)牧髅襟w數(shù)據(jù)包，并作為
P2P網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點響應(yīng)其它節(jié)點的請求而發(fā)送流媒體數(shù)據(jù)；客戶端軟件向用戶節(jié)
點提供用戶界面(UI)，用戶節(jié)點與其它節(jié)點進(jìn)行交互以獲取流媒體數(shù)據(jù)。
結(jié)合聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)中，用戶節(jié)點聲望計算的實現(xiàn)方式如下所述


每個用戶節(jié)點周期性地探測鄰居節(jié)點是否為無效節(jié)點如果長時間內(nèi)未從鄰居 節(jié)點收到消息，則向該鄰居節(jié)點發(fā)送"探測"信令。如果鄰居節(jié)點仍然存活，則以 "響應(yīng)"信令進(jìn)行回應(yīng)；否則，用戶節(jié)點無法收到鄰居節(jié)點的"響應(yīng)"信令，則判 斷其為無效節(jié)點，向索引服務(wù)器發(fā)送反饋信息。
在聲望模型中，設(shè)定節(jié)點聲望下限《為0.15，上限《為0.85。選取計算時間單
元CTU為60秒，選取時間效應(yīng)的計算時間單元TTU為180秒。
每個CTU結(jié)束時，索引服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前CTU內(nèi)收到的反饋信息對節(jié)點的聲望 進(jìn)行修正。
假設(shè)在當(dāng)前CTU內(nèi)，節(jié)點S、尸2……尸"向索引服務(wù)器發(fā)送反饋信息，報告A為 無效節(jié)點。節(jié)點A的聲望為^，節(jié)點f的聲望為i , 用五,表示節(jié)點《的 反饋事件，￡ = ￡,￡2……￡ ，表示￡,、 ￡2……￡: 同時發(fā)生；S。表示節(jié)點A為無效節(jié) 點。根據(jù)貝葉斯公式進(jìn)行推導(dǎo)計算，在收到節(jié)點/;、 P2……《反饋信息的條件下，節(jié) 點A為無效節(jié)點的概率，即條件概率P(S。/五)，約等于
P(V￡) =-- (1-4)
1-i ,+A(H,)(1 —A)…(l-^)
由式1.4，得到了在節(jié)點《、P2……尸 反饋信息的條件下，節(jié)點A為無效節(jié)點的 概率，由此更新節(jié)點A的聲望^:
0.15
1-尸(訓(xùn) (L5)
0.15
1-P(S。I五)
另一方面，對新加入的節(jié)點給定聲望初始值0.5，并且如果在當(dāng)前TTU內(nèi)未收 到任何關(guān)于該節(jié)點的反饋，則更新其的聲望i :
『={"攀85-A,"0'85 (16) _)0.85， i >0.85
下面通過一個具體例子，對本發(fā)明提供的結(jié)合聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)的步 驟流程作進(jìn)一步闡述。
如圖2所示，本發(fā)明提供的方法的一個具體應(yīng)用場景在本場景中具有下列設(shè)
備位于控制中心的管理服務(wù)器、頻道服務(wù)器、索引服務(wù)器、數(shù)據(jù)源服務(wù)器1和數(shù)
據(jù)源服務(wù)器2。
假設(shè)此時存在用戶節(jié)點A、 B、 C、 D，其聲望分別為0.8、 0.7、 0.5、 0.45，用戶
8節(jié)點B的鄰居節(jié)點為用戶節(jié)點A、 C、 D。下面描述當(dāng)用戶節(jié)點B因網(wǎng)絡(luò)故障而退出 后，其鄰居節(jié)點發(fā)送反饋信息、索引服務(wù)器更新其聲望的過程步驟
(1) 用戶節(jié)點A、 C、 D通過探測得知用戶節(jié)點B為無效節(jié)點，向索引服務(wù)器 發(fā)送反饋信息；
(2) 在當(dāng)前CTU內(nèi)，索引服務(wù)器收到關(guān)于用戶節(jié)點B的反饋，于是根據(jù)反饋 更新用戶節(jié)點B的聲望首先計算得到P(S。/五)為0.8863;根據(jù)尸(S。/五)更新用戶 節(jié)點B的聲望為0.0796;
(3) 用于用戶節(jié)點B的聲望低于聲望下限0.15，索引服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中刪除用 戶節(jié)點B的信息；
綜上所述，采用結(jié)合聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)進(jìn)行流媒體信息的發(fā)布，與采 用心跳技術(shù)的P2P流媒體系統(tǒng)相比，能夠有效地減輕索引服務(wù)器的負(fù)載，提高系統(tǒng) 的可擴展性與可用性，降低系統(tǒng)的實施和運營成本。
最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，并 且在應(yīng)用上可以延伸到其他的修改、變化、應(yīng)用和實施例，同時認(rèn)為所有這樣的修 改、變化、應(yīng)用、實施例都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種利用聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)節(jié)點有效性的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1)設(shè)定節(jié)點的聲望的下限值θl和上限值θu，其中，0<θl<θu<1；2)根據(jù)反饋更新所述聲望，即選取一段固定長度的時間作為計算時間單元CTU，每個計算時間單元CTU結(jié)束時，根據(jù)當(dāng)前計算時間單元CTU內(nèi)收到的反饋信息對節(jié)點的所述聲望進(jìn)行修正，直至所述聲望低于所述下限值而從索引服務(wù)器中刪除該節(jié)點信息；3)設(shè)定所述聲望的時間效應(yīng)，即選取一段固定長度的時間作為時間效應(yīng)的計算時間單元TTU，如果當(dāng)前時間效應(yīng)的計算時間單元TTU內(nèi)索引服務(wù)器沒有收到任何關(guān)于某任意節(jié)點的反饋信息，則更新其聲望直至接近所述上限值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述步驟2)對聲望進(jìn)行修 正時所采用的方法包括作為傳統(tǒng)方法的主觀貝葉斯方法、確定性理論、可能性理 論或證據(jù)理論，或作為新型方法的灰色系統(tǒng)理論、粗糙集理論或概念圖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其特征在于，采用貝葉斯方法進(jìn)行所述聲 望的修正若在當(dāng)前所述計算時間單元CTU內(nèi)，所述節(jié)點^、尸2……尸"向索引服務(wù) 器發(fā)送反饋信息，報告A為無效節(jié)點，則根據(jù)貝葉斯公式進(jìn)行推導(dǎo)計算，在收到節(jié) 點S、尸2……《反饋信息的條件下，節(jié)點A為無效節(jié)點的概率，即條件概率戶OS。/五)， 約等于<formula>formula see original document page 2</formula>其中，^為節(jié)點A的聲望；(1S/《")為用戶節(jié)點《的聲望；g表示用戶 節(jié)點f的反饋事件，i￡ = A￡2……￡ ，表示A、 ￡2……￡ 同時發(fā)生；S。表示節(jié)點 A為無效節(jié)點；由式l.l，得到了在節(jié)點S、戶2……《反饋信息的條件下節(jié)點A為無效節(jié)點的概 率，由此更新節(jié)點A的聲望i^:<formula>formula see original document page 2</formula> (12)直至所述節(jié)點聲望i ,低于下限《而從所述索引服務(wù)器中刪除該節(jié)點信息。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測方法，其特征在于，如果當(dāng)前所述時間效應(yīng)的計 算時間單元TTU內(nèi)，索引服務(wù)器沒有收到任何關(guān)于某個節(jié)點的反饋信息，則該節(jié)點 的聲望增高，然后對新加入的節(jié)點給定聲望初始值，如果在當(dāng)前所述時間效應(yīng)的計 算時間單元TTU內(nèi)未收到任何關(guān)于該新加入節(jié)點的反饋，則更新其的聲望i :如果在連續(xù)幾個所述時間效應(yīng)的計算時間單元TTU內(nèi)都沒有收到任何關(guān)于該節(jié) 點的反饋，則該節(jié)點聲望將逐漸逼近所述上限《。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于，所述節(jié)點聲望的下限《為0.1 0.2，上限《為0.8 0.9，所述計算時間單元CTU為45 75秒，所述時間效應(yīng)的計 算時間單元TTU為150 240秒。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測方法，其特征在于，所述節(jié)點聲望的下限《為0.15， 上限《為0.85，所述計算時間單元CTU為60秒，所述時間效應(yīng)的計算時間單元TTU 為180秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用聲望模型的P2P流媒體系統(tǒng)節(jié)點有效性的檢測方法，包括1)設(shè)定節(jié)點的聲望下限值和上限值；2)選取一段固定長度的時間作為計算時間單元，每個計算時間單元結(jié)束時，根據(jù)當(dāng)前計算時間單元內(nèi)收到的反饋信息對節(jié)點的所述聲望進(jìn)行修正，直至所述聲望低于所述下限值而從索引服務(wù)器中刪除該節(jié)點信息；3)選取一段固定長度的時間作為時間效應(yīng)的計算時間單元，如果當(dāng)前時間效應(yīng)的計算時間單元內(nèi)索引服務(wù)器沒有收到任何關(guān)于某任意節(jié)點的反饋信息，則更新其聲望直至接近所述上限值。本發(fā)明的方法可根據(jù)用戶的需求選擇合適的鄰居節(jié)點，有效降低了索引服務(wù)器的負(fù)載，從而提高系統(tǒng)的處理能力和可擴展性。
文檔編號H04L12/26GK101471825SQ20081012637
公開日2009年7月1日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者浩 任, 馮偵探, 王勁林, 杭 蘇, 蘇少煒, 魯逸峰 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所