本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及基于網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及維護(hù)方法

背景技術(shù)：
大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)視頻直播是一個(gè)十分有潛力的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，然而目前為止在互聯(lián)網(wǎng)上卻沒(méi)有一個(gè)十分理想的解決方案。早期人們嘗試使用IP組播來(lái)達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，雖然該方案擁有很高的效率和較好效果，但由于這種方案極度依賴基礎(chǔ)設(shè)施，沒(méi)有簡(jiǎn)易廉價(jià)的實(shí)施方案，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署。因此出現(xiàn)了基于ALM方案，ALM服務(wù)通常依靠Internet提供服務(wù)，源路徑的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)需要建立在廣域網(wǎng)上。拓?fù)涓兄狝LM的基本思想是希望組播轉(zhuǎn)發(fā)路徑盡量符合底層物理路徑，以減少冗余數(shù)據(jù)包和轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)。而ALM生成樹(shù)的構(gòu)造只與端節(jié)點(diǎn)相關(guān)，因此在生成的組播樹(shù)中，成員節(jié)點(diǎn)的源路徑只需要包含與組播成員節(jié)點(diǎn)邏輯上直接相連（最近）的路由器即可執(zhí)行最大前綴路徑匹配算法，達(dá)到拓?fù)涓兄狝LM的目的和所具有的優(yōu)勢(shì),如何構(gòu)造出與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)更加匹配的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是極需解決的問(wèn)題。在得到節(jié)點(diǎn)位于網(wǎng)絡(luò)中的相對(duì)位置信息（粗粒度非精確）的情況下構(gòu)建的覆蓋網(wǎng)絡(luò)能在性能上得到較大的提高。然而目前研究的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)需要客戶端承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此ALM網(wǎng)絡(luò)的性能會(huì)由于不同的調(diào)度策略而表現(xiàn)出巨大的差異。因此如何合理的構(gòu)建符合底層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的ALM網(wǎng)絡(luò)，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠快速合理的完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，就成為了一項(xiàng)亟待研究的課題。與之同時(shí)，由于應(yīng)用層組播利用Internet底層的基礎(chǔ)設(shè)施為端用戶提供組播服務(wù)，ALM由端系統(tǒng)而不是由核心路由器實(shí)現(xiàn)組播通信的所有功能，其路由和下層IP網(wǎng)絡(luò)的路由通常不一致，從而導(dǎo)致應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延增加，可靠性變差，對(duì)時(shí)延敏感。當(dāng)節(jié)點(diǎn)頻繁離開(kāi)和加入組播樹(shù)時(shí)，網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D也會(huì)受到影響。因此如何構(gòu)建和維護(hù)更加符合真實(shí)底層拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的ALM模型，是當(dāng)今的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及維護(hù)方法，該方法能簡(jiǎn)化了構(gòu)造拓?fù)鋱D所需的拓?fù)湫畔?，加快獲取拓?fù)湫畔⒌乃俣龋軌蚍奖憧旖莸脑贗nternet中進(jìn)行部署，為廣大用戶提供高效率、高質(zhì)量的組播服務(wù)，有效提高組播樹(shù)的構(gòu)建速度，同時(shí)減小組播樹(shù)的維護(hù)成本，為用戶提供更高的服務(wù)質(zhì)量。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種基于網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)ALM（應(yīng)用層組播）覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及維護(hù)方法，該方法包括網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D的構(gòu)造模塊，基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊和基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概率的檢測(cè)與維護(hù)模塊三個(gè)部分，網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D的構(gòu)造模塊負(fù)責(zé)底層覆蓋網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涓兄?，基于?shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)加入過(guò)程，基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概率的檢測(cè)與維護(hù)模塊負(fù)責(zé)組播樹(shù)和底層拓?fù)涞木S護(hù)；所述的網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D的構(gòu)造模塊將離端節(jié)點(diǎn)最近的路由器定義為該節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)（gateway），同時(shí)將這種只由端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)及其之間的連接所構(gòu)成的拓?fù)鋱D定義為網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D；網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D構(gòu)造確定網(wǎng)關(guān)之間的拓?fù)潢P(guān)系，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)傳播路徑，尋找除源節(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)關(guān)以外其它網(wǎng)關(guān)路由器的最佳父節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步確定網(wǎng)關(guān)之間的拓?fù)潢P(guān)系，使組播轉(zhuǎn)發(fā)路徑盡量符合底層物理路徑，為基于網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提高性能；基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建模塊包括傳輸延遲和數(shù)據(jù)流分發(fā)度﹑簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)分割﹑自適應(yīng)組播網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模式和覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法四個(gè)部分，設(shè)計(jì)合理的組播節(jié)點(diǎn)加入機(jī)制；基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概率的檢測(cè)與維護(hù)模塊，對(duì)組播節(jié)點(diǎn)的離開(kāi)進(jìn)行有效的檢測(cè)，以及對(duì)構(gòu)造好的拓?fù)鋱D進(jìn)行維護(hù)。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的基于網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)淠K，對(duì)于相同的組播成員，最大前綴路徑匹配算法根據(jù)網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D與完整拓?fù)鋱D所生成的組播樹(shù)相同。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊采用提高數(shù)據(jù)分發(fā)度數(shù)降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，數(shù)據(jù)分發(fā)度數(shù)表示該節(jié)點(diǎn)所能承載的子節(jié)點(diǎn)數(shù)目。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊采用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分割算法，間接提高節(jié)點(diǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)的分發(fā)能力，提高數(shù)據(jù)的分發(fā)度；具體的分割方式包括：（1）將生成的流數(shù)據(jù)等分為若干個(gè)數(shù)據(jù)塊，并且使用序號(hào)進(jìn)行標(biāo)記；（2）對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊的序號(hào)進(jìn)行取余操作；（3）將余數(shù)相同的數(shù)據(jù)塊合并為一個(gè)子數(shù)據(jù)流。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊設(shè)計(jì)出一套自適應(yīng)的組播網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模式，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)情景設(shè)置不同的機(jī)制管理組播覆蓋網(wǎng)絡(luò)，提高管理效率，具體的構(gòu)建模式包括：（1）節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)服務(wù)器空閑資源進(jìn)行分析，如果能夠完成當(dāng)前數(shù)據(jù)流的加入工作，則直接使用服務(wù)器的空閑資源；（2）若節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)服務(wù)器無(wú)法滿足當(dāng)前數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)則開(kāi)始在組播覆蓋網(wǎng)絡(luò)成員節(jié)點(diǎn)中搜索擁有空閑資源的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)下文中場(chǎng)景分別進(jìn)行加入或者子節(jié)點(diǎn)替代劣勢(shì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作；（3）如果新節(jié)點(diǎn)無(wú)法找到合適的成員節(jié)點(diǎn)，則對(duì)自身網(wǎng)絡(luò)跳進(jìn)進(jìn)行評(píng)估，如果節(jié)點(diǎn)本身可以提供足夠的資源來(lái)進(jìn)行插入操作，則開(kāi)始尋找合適的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的場(chǎng)景插入操作，反之，則無(wú)法加入當(dāng)前組播網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊設(shè)計(jì)出覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)，確定有哪些信息是自適應(yīng)構(gòu)建組播覆蓋網(wǎng)絡(luò)時(shí)所必要，以及確定信息的來(lái)源，具體包括：（1）節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送節(jié)點(diǎn)查詢信息，要求獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的成員列表，以便進(jìn)行下一步結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作；（2）當(dāng)服務(wù)器收到節(jié)點(diǎn)發(fā)出的加入請(qǐng)求消息后，將會(huì)反饋節(jié)點(diǎn)列表信息給該節(jié)點(diǎn)，以供該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)和下一步的加入過(guò)程；（3）當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到服務(wù)器返回的節(jié)點(diǎn)列表消息后，節(jié)點(diǎn)需要依次向列表中的各節(jié)點(diǎn)發(fā)送組播覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)請(qǐng)求消息；（4）當(dāng)組播覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求加入節(jié)點(diǎn)發(fā)送的結(jié)構(gòu)檢測(cè)請(qǐng)求后，每個(gè)成員節(jié)點(diǎn)將會(huì)向該節(jié)點(diǎn)返回對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果消息，至此新加入節(jié)點(diǎn)便獲得了所有節(jié)點(diǎn)的局部覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的技術(shù)方案中，基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概率的檢測(cè)與維護(hù)模塊通過(guò)對(duì)組播節(jié)點(diǎn)已在線時(shí)間的分布規(guī)律，設(shè)計(jì)出一種基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概率的檢測(cè)機(jī)制用于檢測(cè)組播節(jié)點(diǎn)的離開(kāi)，具體包括：（1）根據(jù)節(jié)點(diǎn)的已在線時(shí)間長(zhǎng)度呈現(xiàn)對(duì)數(shù)正態(tài)分布，給節(jié)點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的lifetime，使節(jié)點(diǎn)的生存狀態(tài)更加切于實(shí)際；（2）根據(jù)節(jié)點(diǎn)已在線時(shí)間長(zhǎng)度所在區(qū)間內(nèi)的概率評(píng)估該節(jié)點(diǎn)在此刻的相對(duì)離開(kāi)概率；（3）根據(jù)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)概率的不同，設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)頻率來(lái)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的離開(kāi)。本發(fā)明的技術(shù)方案中，基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概率的檢測(cè)與維護(hù)模塊采用了緩沖更新法；緩沖更新法對(duì)不屬于任何組播成員默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的路由器，不會(huì)馬上從拓?fù)鋱D中刪除，而只是從源路徑表中刪除，這樣既可以節(jié)省下次同一域的節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入組播樹(shù)的路徑探測(cè)和匹配時(shí)間，又不會(huì)因?yàn)樵绰窂奖碇腥哂鄶?shù)據(jù)而降低最大前綴路徑匹配算法的性能；具體包括：（1）從網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱DT(R,f,V)的端節(jié)點(diǎn)集合V(ri)中刪除vi節(jié)點(diǎn)；（2）如果表明與網(wǎng)關(guān)ri相連的還有其它端節(jié)點(diǎn)是組播樹(shù)的成員，此時(shí)拓?fù)鋱D不需作任何更新；（3）如果則將當(dāng)前時(shí)間cuurentTime記錄在ri的EmptyTime字段中；（4）檢查端節(jié)點(diǎn)源路徑表，如果ri∈spath(vk)，則從spath(vk)中刪除ri；（5）定期檢查拓?fù)鋱DT，若且cuurentTime–EmptyTime(ri)>ExpiredTime，則將ri從拓?fù)鋱DT中刪除。附圖說(shuō)明圖1為基于網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及維護(hù)技術(shù)整體框架圖；圖2為實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建的流程圖；圖3為網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D；其中（a）原組播樹(shù)上只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)；（b）原組播樹(shù)上有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；圖4為Topology_to_spath(R,f,V)算法描述；圖5為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式；圖6為序號(hào)均分流數(shù)據(jù)分割；圖7為自適應(yīng)加入過(guò)程-場(chǎng)景1；圖8為自適應(yīng)加入過(guò)程-場(chǎng)景2a；圖9為自適應(yīng)加入過(guò)程-場(chǎng)景2b；圖10為自適應(yīng)加入過(guò)程-場(chǎng)景3；圖11為組播覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)；圖12為基本信息頭部/加入查詢消息；圖13為網(wǎng)絡(luò)成員列表消息；圖14為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果消息。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種基于網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及維護(hù)方法，該方法包括網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D的構(gòu)造模塊，基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊和基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概率的檢測(cè)與維護(hù)模塊三個(gè)部分；網(wǎng)關(guān)級(jí)拓?fù)鋱D的構(gòu)造模塊是根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)傳播路徑，尋找除源節(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)關(guān)以外其它網(wǎng)關(guān)路由器的最佳父節(jié)點(diǎn)，是為了進(jìn)一步確定網(wǎng)關(guān)之間的拓?fù)潢P(guān)系，使組播轉(zhuǎn)發(fā)路徑盡量符合底層物理路徑，為后面覆蓋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提高較好的性能?；趯?shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢測(cè)的ALM覆蓋網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建模塊負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)合理的組播節(jié)點(diǎn)加入機(jī)制?；诠?jié)點(diǎn)相對(duì)離開(kāi)概...