专利名称：用于运行分散的数据网络的方法
用于运行分散的数据网络的方法本发明涉及用于运行分散的数据网络的方法，所述数据网络包括 多个网络节点，其中这些网络节点能够借助询问值向所述数据网络提 出询问。在分散的网络中，例如在基于分布式哈希表的对等覆盖网络中， 资源分散地分布在各个网络节点上。在此情况下可能的是，每个单个 网络节点借助于关键字搜索相应的资源。为此使用询问值，其中根据 关键字产生唯一的询问值。所述询问值由网络节点来管理，其中每个 网络节点负责预先确定的询问值。借助于询问值，网络节点例如向网 络提出搜索询问。此外，网络节点还可以向负责确定的询问值的网络 节点发送对确定的询问值的、所谓的公开询问。进行发送的网络节点利用这样的公开询问来通知它想在网络中公开被分配给确定的询问 值并且由此被分配给相应的关键字的资源，也就是说，它想使所述资 源可供另外的网络节点使用。此外，网络节点可以向网络提出所谓的 预订询问，网络节点借助于所述预订询问通知另外的负责确定的询问 值的网络节点它想被告知关于该确定的询问值的内容的公开。询问值例如为借助哈希算法生成的哈希值。这些询问值优选地被 存储在表格中，其中每个表格条目包含相应的询问值以及被分配给该 询问值的数据、例如相应资源的存储位置的参考。这些数据在此情况 下与关键字相关联，其中询问值是根据所述关键字生成的。所述表格 优选地分散地分布在数据网络中，其中每个网络节点负责表格的值域。现在可能出现这样的情况确定的资源、即确定的询问值特别是 经常地通过相应的询问在网络中被询问、尤其是被搜索、被公开和被 预订。于是这导致负责相应的询问值的那些网络节点过载。这样的网 络节点也被称为"热点(Hot-Spot)"。在热点过载的情况下，可能 导致这些网络节点的阻塞和故障.结果是在该热点的范围内的网络 通信量增长，以致危及整个网络的稳定性。此外，所述网络还失去效 率。为了解决热点问题，由现有技术已知将特别通用的数据复制到 一个或多个网络节点上。例如可以将相应的网络节点所负责的通用的 数据直接复制到相邻节点上。然而也可以复制到任意的另外的、例如 通过算法确定的网络节点上。然而数据的复制带来以下问题，即在网 络中总是必须保证，所复制的副本是最新的。这需要另外的特殊机制。 现有技术中没有公开可用来令人满意地解决热点问题的方法。所以，本发明的任务是提供用于运行分散的数据网络的方法，其 中简单而有效地避免由于过多的询问而引起的网络节点的过载。该任务通过独立权利要求来解决。本发明的改进方案在从属权利 要求中被定义。在本发明方法中，分别将分布到网络节点上的值表格的一个或多 个表格条目分配给多个网络节点，其中每个表格条目包含询问值和被 分配给该询问值的数据。在此情况下，值表格优选地为上面提及的分 布式哈希表，其中询问值在哈希表中是哈希值。优选地保证一个或多 个关键字唯一地被分配给询问值，这在使用分布式哈希表的情况下能够利用哈希算法、例如SHA1来实现。在本发明方法中，针对网络节点分别监控频率，其中以该频率向相应的网络节点提出针对被分配给相应的网络节点的询问值的询问。在此情况下，"询问，，尤其应理解为开头所提到的搜索和/或公开和/或预订询问。本发明方法的特征在于，在向相应的网络节点询问一个或多个询问值的频率超过预先确定的阈值的情况下，至少将所述一个或多个询问值的一个或多个表格条目分配给至少一个另外的网络节 占,、、、o通过这种监控和经常被询问的询问值向另外的网络节点的分配， 可以以有效的方式避免网络节点的过载。在此情况下，可以根据要求 和数据网络的大小相应地选择阈值，例如可以试探性地确定阈值。在本发明的一个优选的实施形式中，被分配给询问值的数据是资 源、尤其是文件、或资源在数据网络中的存储位置的参考。在本发明方法的一个优选的实施形式中，至少被分配一个或多个 表格条目的所述另外的网络节点被构造，使得所述另外的网络节点能 够处理频率处于预先确定的阈值之上的询问。由此保证，不会又重新 发生数据网络的过载，因为所述另外的网络节点具有保证通用询问的 处理的能力。在此情况下，所述另外的网络节点可以是单个高效的网 络计算机或由网络计算机构成的簇。
在本发明的另一个优选的实施形式中，当在相应的网络节点中针 对一个或多个询问值的询问的频率超过阈值时，将新的网络节点添加 到所述数据网络中，其中至少将该一个或多个询问值的一个或多个表 格条目分配给所述新的网络节点。替代地，也可能的是，当在相应的 网络节点中针对一个或多个询问值的询问的频率超过阈值时，至少将 该一个或多个询问值的一个或多个表格条目分配给在该数据网络中已 经存在的网络节点。在本发明方法的另一个扩展方案中，当在网络节点中针对一个或 多个询问值的询问的频率超过阈值时，相应的网络节点通过另外的网 络节点来代替。由此保证用于避免过载的特别简单的机制，其中尤其 是不必执行值表格的表格条目到另外的网络节点上的重新分布。在本发明方法的另一个扩展方案中，当所述询问的频率又处于预 先确定的阈值之下时，取消所执行的、 一个或多个表格条目向另外的 网络节点的分配。由此保证，在正常运行中又建立原始的网络结构。在一个特别优选的实施形式中，这些网络节点分别管理表格条目 的相连的值域。在此情况下，将在相应的网络节点中针对其的询问的 频率的阈值被超过的询问值从相应的网络节点的值域中去除，并且分 配给另外的网络节点。在此情况下，相应的过载的网络节点的值域的、 从该值域的起点直到被去除的询问值(除了该询问值)的值被分配给 具有与所述过栽的网络节点的值域的起点相邻的值域的网络节点。此 外，相应的网络节点的值域的、从被去除的询问值(并且除了该询问 值)直至所述过载的网络节点的值域的终点的值被分配给所述过载的 网络节点作为新的值域。该方法基于对于具有分布式哈希表的网络来 ^兌已知的"加入"机制，并且通过将哈希域划分到相邻的网络节点上 来保证新的网络节点的简单且有效的并入。代替这种"加入"机制的使用，可以在相应的网络节点中针对一 个或多个询问值的询问的频率超过的情况下，也将相应的网络节点的 值域完整地分配给所述另外的网络节点。在本发明方法的另一个扩展方案中，分散地由每个网络节点针对,i的步骤。必i时，可以由"络运「营商来管理数据网络，其中各个网 络节点向网络运营商通知过载，所述网络运营商然后实施表格条目向 另外的网络计算机的分配、尤其是新的网络计算机的并入。除了上述方法，本发明还涉及包含多个网络节点的分散的数据网 络，其中数据网络被构造，使得根据上述权利要求之一的方法能够被执行。在此情况下，数据网络例如是计算机网络，尤其是例如Chord 环形式的对等网络，在该计算机网络中网络节点包括一个或多个计算 机。下面借助附图详细地描述本发明的实施例。
图1示出基于分布式哈希表的对等网络的示意图，在该对等网络 中可采用本发明方法；图2示出类似于图1的示意图，其中示出了对等点过载的情形；以及图3示出类似于图1和图2的视图，其说明了按照本发明方法的 实施形式替代过栽的对等点。在后面描述的实施形式中，例如考虑对等覆盖网络形式的分散的 数据网络，该网络按照本发明方法来运行。该网络具有环形结构，例 如是Chord环的形式，并且包括对等点A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H和I,这些对等点是又代表一个或多个网络计算机的网络节点。在图1中所 示的网络中可能的是，在网络中搜索资源。为此，使用由现有技术充 分已知的分布式哈希表。所述搜索能够借助关键字来实现，其中针对 每个关键字通过哈希算法、例如SHA1产生唯一的哈希值。于是针对相 应的哈希值以表格条目的形式存在向相应的数据的分配，该数据涉及 被分配给哈希值的关键字。这些数据在此情况下可以是与关键字相联 系的资源、例如MP3文件、数字图像、网页等等。因此，存在包含大 量哈希值的哈希表，其中每个哈希值被分配相应的数据。该表格在图1 的网络中分布到参与的网络节点A至I上，其中每个网络节点对表格 的某一值域负责。按照图1，责任被如下分配对等点A管理哈希值10000000至IOOOOOO9;对等点B管理哈希值10000010至10000019;对等点C管理哈希值10000020至10000029;对等点d管理哈希值10000030至10000039;对等点E管理哈希值10000040至10000049;对等点F管理哈希值10000050至10000059;
对等点G管理哈希值10000060至10000069; 对等点H管理哈希值10000070至10000079; 对等点I管理哈希值10000080至10000089。每个对等点现在可以利用关键字向数据网络提出询问，其中关键 字为此被转换成相应的哈希值。在分布在对等点上的哈希表中寻找哈 希值的机制是由现有技术充分已知的机制，因此不进一步描述该机制。图2示例性示出在图1的数据网络中发送询问的过程。在该网络 中，由不同的对等点向另外的对等点提出询问Sl至S7,如由相应的实 线和虚线箭头所示。在此情况下由相应的对等点I、 G、 F、 C和E向对 等点D提出询问S1至S5。这些询问用实线示出。这些询问在此情况下 例如是搜索询问，这些搜索询问搜索在平均水准以上经常在网络中被 询问的文件xyz. doc，其中这些搜索询问的相应的哈希值被存储在对等 点D中。在对等点D中特别经常地被询问的哈希值例如具有值 10000033,它位于由对等点D管理的值域内。相反，对等点F或H的 询问S6和S7涉及其它的在网络中所存储的不太通用的数据。如果向热点对等点D的频繁的询问超过预先确定的度，则可能导 致该对等点的故障，这又可能引起整个网络的崩溃。为了避免这种热 点，按照本发明方法，在每个对等点中监控向相应对等点提出的询问 有多频繁。这可以分散地通过每个对等点本身来实现，然而也可以设 置监控所有对等点中的询问的集中监控实体。在这里所描述的实施形 式中，由对等点本身来检测询问的频率，其中在阈值被超过的情况下 每个对等点向负责分散的网络的网络操作者输出相应的消息。在此情 况下，网络操作者管理多个极其高效的计算机或计算机簇，所述计算 机或计算机簇可以在需要时被连接到该分散的数据网络中。在图2的情形中，由对等点D向网络操作者通知由于太频繁的询 问而引起的过载。作为结果，现在操作者从该网络中去除对等点D并 且用高效率计算机或由高效率计算机构成的簇来替代该对等点。该过 程在图3中被示出。对等点D现在不再存在，而是取而代之使用高效 率计算机J，其中该计算机被设计成其能够满足大量询问的容量需求。 因此，计算机J是对等点D的替代并且它承担以前由对等点D管理的 哈希值10000030至10000039的管理。如果在确定的时间间隔之后确 定在计算机J中的询问数目又降低了，则将这通知给网络操作者，网
络操作者于是可以将原始的对等点D又连接到该数据网络中。代替刚才所描述的通过对等点J进行的对等点D的替代，必要时 也可以仅仅将被大量询问的、在这里所描述的实施形式中例如为 10000033的哈希值分配给另外的对等点，其中这个对等点可以是已经 在该网络中存在的对等点或者由操作者新连接的对等点。例如，可以 将高效的计算机J连接到网络中，使得它仅仅负责哈希值10000033， 这导致对等点D被大大减轻负荷，因为所有的询问Sl至S5现在都转 到对等点J。在此情况下，分布式哈希表的值域的重新安排是必要的。 尤其是对等点D于是仅仅还被分配哈希值10000034至10000039，并且 管理相邻的较小的哈希值10000020至10000029的对等点C现在附加 地接管值域10000030至10000032，也就是i兌，它现在管理p合希值 10000020 - 10000032。刚才所描述的重新分配^合希值的机制是由现有 技术已知的用于在基于分布式哈希表的对等系统中并入新的对等点的 "加入"机制。借助例子描述了本发明方法的刚才所描述的实施形式，其中由操 作者管理网络，该操作者将对等点J并入该网络中。然而这不一定是 必需的。也可能的是，其它的在网络中已经存在的、承受不太重的负 荷或者具有高效率的对等点承担对等点J的所有任务，以致不必将附 加的对等点纳入到该网络中。
权利要求
1. 用于运行分散的数据网络的方法，所述数据网络包括多个网络节点(A，...，I)，其中所述网络节点(A，...，I)能够借助询问值向所述数据网络提出询问(S1，...，S7)，在该方法中a)将分布到所述网络节点(A，...，I)上的值表格的一个或多个表格条目分别分配给多个网络节点(A，...，I)，其中每个表格条目包含询问值和被分配给该询问值的数据；b)针对所述多个网络节点(A，...，I)分别监控频率，其中以该频率向相应的网络节点(A，...，I)提出针对被分配给所述相应的网络节点(A，...，I)的询问值的询问(S1，...，S7)；c)如果在步骤b)中确定向相应的网络节点(A，...，I)询问(S1，...，S7)一个或多个询问值的频率超过预先确定的阈值，则至少将所述一个或多个询问值的一个或多个表格条目分配给至少一个另外的网络节点(J)。
2. 按照权利要求1的方法，其中，所述值表格是分布式哈希表，其中所述询问值在哈希表中是哈希值。
3. 按照权利要求1或2的方法，其中，一个或多个关键字唯一地被分配给询问值。
4. 按照权利要求3的方法，其中，所述关键字向询问值的唯一的分配利用哈希算法、尤其是利用 SHA1来产生。
5. 按照上述权利要求之一的方法，其中，被分配给询问值的数据是资源、尤其是文件、或者资源在所述数 据网络中的存储位置的参考。
6. 按照上述权利要求之一的方法，其中，在步骤C )中至少被分配一个或多个表格条目的所述另外的网络节 点U)被构造，使得所述另外的网络节点(J)能够处理频率处于所 述预先确定的阈值之上的询问(Sl，…，S7)。
7. 按照上述权利要求之一的方法，其中，所述另外的网络节点(J)是网络计算机或由网络计算机构成的簇。
8. 按照上述权利要求之一的方法，其中， 在步骤C)中当在相应的网络节点(A，...，I)中针对一个或多个询 问值的询问(Sl，…，S7 )的频率的阈值被超过时，将新的网络节点(J ) 添加到所述数据网络中，至少将所述一个或多个询问值的一个或多个 表格条目分配给所述新的网络节点。
9. 按照权利要求1至7之一的方法，其中，在步骤C)中当在相应的网络节点(A，...，I)中针对一个或多个询 问值的询问(Sl， ...，S7)的频率的阈值被超过时，至少将所述一个或 多个询问值的一个或多个表格条目分配给在所述数据网络中已经存在 的网络节点(A，…，1)。
10. 按照上述权利要求之一的方法，其中，在步骤C)中当在相应的网络节点(A，...， I)中针对一个或多个询 问值的询问(Sl， ...，S7)的频率的阈值被超过时，所述另外的网络节 点代替所述相应的网络节点(A，...，I)。
11. 按照上述权利要求之一的方法，其中，当所述询问(Sl，…，S7)的频率又处于所述预先确定的阈值之下 时，取消步骤c)中所述一个或多个表格条目向另外的网络节点 (A，…，1)的分配。
12. 按照上述权利要求之一的方法，其中， 所述网络节点(A，...，I)分别管理表格条目的相连的值域。
13. 按照权利要求12的方法，其中，在步骤c)中，将在相应的网络节点(A,...,I)中针对其的询问的 频率的阈值被超过的询问值从所述相应的网络节点(A，...，I)的值域 中去除并且分配给另外的网络节点(A，...，I)，其中将所述相应的网 络节点(A，...，I)的值域的、从该值域的起点直至被去除的询问值并(A，...，I)的值域的起点相邻的值域的网络节点(A，...，I),并且其 中将所述相应的网络节点(A,...，I)的值域的、从被去除的询问值并 且除了该询问值外直至所述相应的网络节点(A，...，I)的值域的终点 的表格条目分配给所述相应的网络节点(A，...，I)作为新的值域。
14. 按照权利要求12的方法，其中，在步骤c)中，当在相应的网络节点(A，...，I)中针对一个或多个 询问值的询问(Sl， ...，S7)的频率的阈值被超过时，将所述相应的网络节点(A，...，I)的值域分配给所述另外的网络节点(A，…，1)。
15. 按照上述权利要求之一的方法，其中，分散地由每个网络节点(A， ...， I )针对向其提出的询问(Sl，…，S7 ) 执行权利要求1的步骤b )和/或c )。
16. 按照上述权利要求之一的方法，其中， 所述数据网络由网络运营商管理。
17. 分散的数据网络，包括多个网络节点(A，...，I)，其中所述数 据网络被构造，使得根据上述权利要求之一 的方法能够被执行。
18. 按照权利要求17的数据网络，其中，所述数据网络是计算机网络，在所述计算机网络中网络节点 (A，...，I)包括一个或多个计算机。
19. 按照权利要求17或18的数据网络，其中， 所述数据网络是对等网络，尤其是Chord环。
全文摘要
本发明涉及用于运行分散的数据网络的方法，所述数据网络包括多个网络节点(A，…，I)，其中这些网络节点(A，…，I)能够借助询问值向所述数据网络提出询问(S1，…，S7)，其中a)将分布到网络节点(A，…，I)上的值表格的一个或多个表格条目分别分配给多个网络节点(A，…，I)，其中每个表格条目包含询问值和被分配给该询问值的数据；b)针对所述多个网络节点(A，…，I)分别监控频率，其中以该频率向相应的网络节点(A，…，I)提出针对被分配给相应的网络节点(A，…，I)的询问值的询问(S1，…，S7)；c)如果在步骤b)中确定，向相应的网络节点(A，…，I)询问(S1，…，S7)一个或多个询问值的频率超过预先确定的阈值，则至少将一个或多个询问值的一个或多个表格条目分配给至少一个另外的网络节点(J)。
文档编号H04L29/06GK101401388SQ200780008631
公开日2009年4月1日 申请日期2007年1月9日 优先权日2006年3月10日
发明者A·索萨尔, S·奥兹图纳利, S·鲁西特施卡 申请人:西门子公司