一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的內(nèi)容路由管理方法
【專利摘要】一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的內(nèi)容路由管理方法，屬于互聯(lián)網(wǎng)【技術領域】。本發(fā)明的目的是給出針對ISP-CDN的兩層內(nèi)容節(jié)點部署機制，設計索引與同步機制以改進CDN環(huán)境下的內(nèi)容路由策略，并兼顧流量結算成本、數(shù)據(jù)傳輸質量。對于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)大小進行單一處理，即一次傳輸所消耗的流量代價只與經(jīng)過的路徑跳數(shù)有關，而不考慮數(shù)據(jù)大小本身，從核心路由節(jié)點集合F中選擇的節(jié)點數(shù)目與重復流量為反比關系，而同步代價則與節(jié)點數(shù)目成正比；同步的初始源為域間路由器節(jié)點，對于域間路由節(jié)點t，通過先廣搜索算法生成以t為根的最小生成樹TR覆蓋k個內(nèi)容節(jié)點，找到k個節(jié)點，采用基于貪心策略的算法實現(xiàn)RC+SC最小。
【專利說明】一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的內(nèi)容路由管理方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)容路由管理方法，屬于互聯(lián)網(wǎng)【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著Internet技術的不斷升級，服務端一網(wǎng)絡轉發(fā)設備一終端機器的性能都大幅度提升，如帶寬、轉發(fā)速率、處理能力等，高清視頻傳輸?shù)仍诰€實時應用已經(jīng)普及，促使Internet流量成倍增長。日益增長的流量與復雜多變的結構以及服務器與客戶端能力與資源的不對稱性促使內(nèi)容分發(fā)技術的產(chǎn)生，從而保證網(wǎng)絡邊緣用戶能夠獲得良好的訪問體驗。早期的CDN中，通過在網(wǎng)絡邊緣架設內(nèi)容相同的服務器，利用DNS的動態(tài)解析分散對網(wǎng)絡的訪問流量，從而降低用戶的訪問延遲。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡中的路由機制主要涵蓋兩個方面:
(I)部署方式，即將內(nèi)容代理服務器部署在網(wǎng)絡中的哪些位置，以期滿足邊緣用戶對服務請求的服務速率；(2)內(nèi)容路由策略，即采用哪種內(nèi)容路由算法以降低網(wǎng)絡負載與訪問延遲。
[0003]I)部署機制
[0004]內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的部署策略主要分為兩類:邊緣化部署與核心域部署。邊緣化部署的思想是將內(nèi)容代理服務器部署于多個ISP內(nèi)，從而降低跨域網(wǎng)絡傳輸?shù)臅r延，這種部署策略的代表是Akamai，其在全球范圍內(nèi)78個國家的1，000個網(wǎng)絡中部署超過105，00臺服務器。核心交換區(qū)域部署的思想是將大規(guī)模數(shù)據(jù)中心部署于高速光纖骨干網(wǎng)絡，通過高帶寬，高處理能力降低用戶訪問時延，這種部署策略的代表是Limelight，其在全球范圍72個光纖交換區(qū)域部署數(shù)據(jù)中心，與超過578個ISP進行光纖直連。
[0005]邊緣化部署機制是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的主流部署方式，主要是考慮到全球性網(wǎng)絡傳輸距離過長，而且以往的cache機制并不能很好的解決核心網(wǎng)絡擁塞現(xiàn)象，為了減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡內(nèi)的“最后一里”(last mile)傳輸時延，將資源前置于離用戶更近的區(qū)域以期有效改善訪問體驗。通常而言，這種部署方法都是在大量的網(wǎng)絡接入點中放置服務器。為保證內(nèi)容分發(fā)的服務質量，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡管理者需要維護大量分布式服務器數(shù)據(jù)的同步和更新?？傮w而言，該問題等價于在N個不同的位置部署M個服務器(N>M)以達到最小代價消耗，即K-median問題,而最小化K-center問題已被證明是NP完全的。
[0006]內(nèi)容代理服務器的位置部署策略是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡中的一項關鍵技術，其直接影響分發(fā)服務質量、網(wǎng)絡流量負載以及成本代價。尤其對于ISP而言，合適的部署機制能夠降低其域間流量結算成本和域內(nèi)重復流量，節(jié)約帶寬消耗。Vakali等人指出內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡管理者通常依據(jù)用戶所在的網(wǎng)絡類型選擇部署策略，主要分為Single-1SP與Mult1-1SP兩類。針對Single-1SP而言，在單個ISP域內(nèi)至少部署40個內(nèi)容代理服務器以保證在地理位置上覆蓋整個ISP邊緣網(wǎng)絡。Mult1-1SP的部署策略則是盡可能在所有ISP的接入點假設內(nèi)容代理服務器，提升內(nèi)容分發(fā)的速率與可靠性，該策略的最大優(yōu)勢在于能夠將請求訪問流量控制在本域內(nèi)，從而降低了 ISP的域間流量。
[0007]2)路由策略
[0008]內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡作為內(nèi)容網(wǎng)絡的一種，內(nèi)容路由策略的優(yōu)劣直接影響整個內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的性能。內(nèi)容路由主要負責將用戶請求通過一定的路由算法重定向至最靠近用戶的內(nèi)容代理服務器上，并通過給定的資源選擇策略從而達到內(nèi)容的快速分發(fā)。內(nèi)容路由主要分為兩個部分:(I)資源路由算法，即通過監(jiān)測當前網(wǎng)絡各項性能指標與服務負載壓力，選擇最佳的內(nèi)容代理服務器進行響應；(2)請求轉發(fā)機制，即依據(jù)哪種策略對服務請求進行轉發(fā)。典型的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡資源路由流程為(如圖1所示):
[0009](I)用戶向請求解析服務器進行資源請求；
[0010](2)全局性能監(jiān)測服務機群收集分析分布于互聯(lián)網(wǎng)中的內(nèi)容代理服務機群的服務質量以及網(wǎng)絡鏈路各項性能參數(shù)；
[0011](3)節(jié)點選擇服務器根據(jù)實時性能監(jiān)視服務的反饋信息，動態(tài)調整選擇算法與資源定位策略；
[0012](4)解析服務器通過資源定位結果，將用戶請求轉發(fā)至最佳的內(nèi)容代理服務器；
[0013](5)內(nèi)容代理服務器將數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶。 [0014]請求路由屬于應用層路由策略，其主要思想是根據(jù)應用層服務需求，對資源請求進行相應的轉發(fā)。與IP層路由的顯著不同在于資源可能存在于多個位置，因此對于同一資源的請求可能到達不同位置，而IP層路由則是確定的。請求路由算法分為靜態(tài)與動態(tài)兩類:靜態(tài)路由是指當內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡部署后，對于用戶的請求都根據(jù)給定的路由轉發(fā)策略重定向至內(nèi)容代理服務器，該算法不隨網(wǎng)絡狀態(tài)與服務負載發(fā)生變化；動態(tài)路由是指實時監(jiān)視網(wǎng)絡參數(shù)與服務端負載，動態(tài)修改轉發(fā)策略，盡可能保證當前服務維持在最佳狀態(tài)。
[0015]由于內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的商業(yè)化，工業(yè)界對資源路由算法也較為重視。思科公司的分布式重定向器(Distributed Director)把 AS (Autonomous System)域內(nèi)距離，AS 域間距離與端到端延遲作為動態(tài)轉發(fā)算法的計算權值。Akamai公司在多個層面對轉發(fā)算法進行優(yōu)化，包括內(nèi)容代理服務器負載、傳輸路徑上的帶寬占用率、當前服務質量(可靠性，延遲
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[0016]處于不同網(wǎng)絡位置上的⑶N系統(tǒng)有著不同的價值，如在終端附近部署⑶N是為了降低服務器壓力，提升用戶的訪問速率，如akamai ;在網(wǎng)絡中間位置部署⑶N可以減少網(wǎng)內(nèi)重復流量，降低帶寬消耗；在ISP跨域位置部署CDN可以降低域間結算費用，如iCODE ;在終端構造P2P混合⑶N可以減少骨干網(wǎng)絡流量，改善用戶體驗，如pplive。由于存儲費用遠遠低于流量費用的現(xiàn)實以及為了降低長距離，跨域的訪問延遲促使了 CDN技術的產(chǎn)生。許多商業(yè)CDN公司通過與ISP合作獲取網(wǎng)絡拓撲信息與流量數(shù)據(jù)以達到制定合適高效分發(fā)策略目的。同時ISP為了降低支付跨域流量的流入所產(chǎn)生的費用，不斷提高在域內(nèi)的服務質量與數(shù)據(jù)源，也傾向于與CDN的合作。隨著Internet流量指數(shù)性增長以及用戶對網(wǎng)絡速度的需求已經(jīng)促使網(wǎng)絡資源分發(fā)的準確性、可用性、可靠性等成為互聯(lián)網(wǎng)技術的關鍵問題。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡作為運行于整個互聯(lián)網(wǎng)上的覆蓋網(wǎng)，主要致力于解決互聯(lián)網(wǎng)中的服務質量優(yōu)化?，F(xiàn)有技術中沒有提出針對ISP-CDN的兩層內(nèi)容節(jié)點部署機制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的是提供一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的路由管理方法，給出針對ISP-CDN的兩層內(nèi)容節(jié)點部署機制，設計索引與同步機制以改進CDN環(huán)境下的內(nèi)容路由策略，并兼顧流量結算成本、數(shù)據(jù)傳輸質量。[0018]本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是:
[0019]一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的內(nèi)容路由管理方法，將ISP域內(nèi)路由節(jié)點分三類 與主機直接相連的路由節(jié)點定義為邊緣路由節(jié)點、ISP域內(nèi)除邊緣路由節(jié)點與域間路由節(jié)點以外的所有路由節(jié)點定義為核心路由節(jié)點、與其他ISP域內(nèi)路由節(jié)點相連的路由節(jié)點定義為域間路由節(jié)點，通過對節(jié)點分類，并采用流量代價作為貪心策略的基準進行部署；所述方法的實現(xiàn)過程為:
[0020]步驟一、節(jié)點部署:
[0021]對于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)大小進行單一處理，即I次傳輸所消耗的流量代價只與經(jīng)過的路徑跳數(shù)有關，而不考慮數(shù)據(jù)大小本身，并進行如下定義:
[0022]流量代價Cij(Pij):從節(jié)點i到節(jié)點j的傳輸數(shù)據(jù)u所產(chǎn)生的流量代價為從i到j最短路徑長度與數(shù)據(jù)大小的乘積Pu 1-Sizeu;
[0023]節(jié)點i的權重W1:節(jié)點i所管轄的用戶到節(jié)點i的路徑之和，即 表示節(jié)點i下轄的r個用戶到節(jié)點i的最短路徑之和；
[0024]重復流量代價RC:當網(wǎng)絡數(shù)據(jù)Size從節(jié)點i經(jīng)過最短路徑Pij到達節(jié)點j，若其他用戶的訪問路徑與其重合，則該數(shù)據(jù)Size在路徑P上產(chǎn)生的流量即為重復流量，即RCij =size.1Pij I ;
[0025]同步流量代價SC:節(jié)點i到節(jié)點j的同步代價為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)Size在Pij上產(chǎn)生的流量，即 SCij = size.Pij ；
[0026]從核心路由節(jié)點集合F中選擇的節(jié)點數(shù)目與重復流量為反比關系，同步代價則與節(jié)點數(shù)目成正比；假定可部署的內(nèi)容節(jié)點個數(shù)為k，則此時域內(nèi)重復流量代價與部署節(jié)點的關系用公式2-1表示:
[0027]
【權利要求】
1.一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的內(nèi)容路由管理方法，其特征在于，將ISP域內(nèi)路由節(jié)點分三類:與主機直接相連的路由節(jié)點定義為邊緣路由節(jié)點、ISP域內(nèi)除邊緣路由節(jié)點與域間路由節(jié)點以外的所有路由節(jié)點定義為核心路由節(jié)點、與其他ISP域內(nèi)路由節(jié)點相連的路由節(jié)點定義為域間路由節(jié)點，通過對節(jié)點分類，并采用流量代價作為貪心策略的基準進行部署；所述方法的實現(xiàn)過程為: 步驟一、節(jié)點部署: 對于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)大小進行單一處理，即I次傳輸所消耗的流量代價只與經(jīng)過的路徑跳數(shù)有關，而不考慮數(shù)據(jù)大小本身，并進行如下定義: 流量代價Cu (Pij):從節(jié)點i到節(jié)點j的傳輸數(shù)據(jù)u所產(chǎn)生的流量代價為從i到j最短路徑長度與數(shù)據(jù)大小的乘積Pij 1.Sizeu ； 節(jié)點i的權重W1:節(jié)點i所管轄的用戶到節(jié)點i的路徑之和，即
2.根據(jù)權利要求1所述的一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的內(nèi)容路由管理方法，其特征在于:在步驟二中，構建索引結構的過程為: 假設集合U= {key0, key!,..., keyj , U = η,并將整個hash表分為d個子表；設單一的hash函數(shù)滿足:I^l haA xremaimkr，hash (key)由兩部分構成，即[B]d和remainder,前者將決定把remainder部分插入d個子表中負載最低的那個表中的桶內(nèi)，后者為remainder本身。 在remainder之后增加count和record ；Count的作用是計數(shù)器,用于描述散列沖突次數(shù)；record用于描述該key所在的節(jié)點位置，則整個dl-RCBF空間為n+m(F+C+K)，其中η為key的個數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種融合型內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡的內(nèi)容路由管理方法，其特征在于:在步驟三的實現(xiàn)過程為: 通過觸發(fā)式同步方式在服務器之間共享資源索引，當同步觸發(fā)器激活時，本地cache服務器將廣播發(fā)送包括本地資源的索引信息的索引表，RCBF-SYNCHRO-RECV O的時間復雜度上界為O (dm2)，其中m表示I個桶內(nèi)cell個數(shù)，d表示劃分的哈希子表個數(shù)； 在ISP域內(nèi)部署動態(tài)cache機制，當cache服務器收到一個請求,且本地沒有命中時，將首先查詢dl-RCBF，以確定該信息是否在其他服務器上；當出現(xiàn)誤報時，則將該請求轉發(fā)到域外； 當本地未命中時，將查詢dl-RCBF中的record位置，同時若某種資源的請求超過閾值，則將該資源復制到遠 程cache服務器。
【文檔編號】H04L12/24GK104022911SQ201410299708
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權日:2014年6月27日
【發(fā)明者】何慧, 張宏莉, 張偉哲, 李喬, 秦泓洋, 范國濤, 王雅山 申請人:哈爾濱工業(yè)大學