专利名称：一种p2p直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法
技术领域：
本发明涉及网络通信，更具体地说，涉及一种采用树状或树形/网状混合拓扑的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法。
背景技术：
据调查，目前因特网上70%的流量 是P2P应用，在P2P架构中，共享的资源可以直接交换，不需要集中服务器的中转和参与，同时P2P系统对覆盖网络的不稳定和可变连通性具有良好的容错能力，并保持良好的可靠性。当前，P2P直播覆盖网是大规模网络电视的主要分发方式，P2P直播覆盖网的拓扑结构大体上可以分为四种模式(I)单纯模仿IP组播树的树状结构，并出现了多棵树的互补分发。(2)网络中每个节点以自己为中心，在数据需求驱动下主动去拉数据，这样形成没有明确拓扑结构的网状结构。(3)将树状结构的高效性和数据驱动的鲁棒性相结合，形成混合结构。(4)节点管理覆盖网与数据分发覆盖网各自组织，以节点管理引导数据分发。早期的P2P直播覆盖网组播通常采用树状结构，如NICE，ESM系统。此类树状结构的数据分发采用推的方式，额外开销小，时延较短，Bullet则利用多颗树互补的方式，提高了分发的速度。AnySee较早地在网状的节点管理拓扑上建立多棵数据分发树，并且在多棵分发树之间进行传输资源的互补优化。但是由于节点动态性引起的结构维护困难，导致树状结构覆盖网的大规模应用受到限制。DONet (Data-driven Overlay Network)是通过构建纯粹的网状拓扑结构实现数据的分发，无需构建复杂的控制结构基于DONet协议的实时流媒体播放系统CoolStreaming，其出色的播放效果、较低的延迟已经在实际运行中得到了证实和肯定。其他得以大规模应用的系统，如 PPLive, PPStream, UUSee, GridMedia, Sopcast, TVants 等，也在数据调度中使用了类似的方法。DONet数据调度主要采用拉的方式，为此节点间需要频繁地交换缓冲映射图(BM)，导致其额外的带宽消耗较大，时延也较长。为了克服拉模式的不足，又出现了推拉结合的混合分发模式，在拉的过程中建立局部树状结构，然后进行推的方式。推的方式中为避免叶子节点上传带宽得不到利用，往往采用多子流(Substream),即在多颗树上同时传输的方法。除了在数据分发中进行树状和网状结构的混合使用，还存在节点管理和数据分发中使用不同结构的混合模式。而在AnySee2中，采用树状结构进行节点监控和管理，采用网状结构进行流媒体数据传输的方法，称为TCMM(Tree-Control-Mesh-Media)。综上所述，为了利用树状拓扑结构的高效率和低时延的优点，又要避免因为节点频繁加入退出而引起的拓扑维护成本过高的缺陷，需要一种优化的拓扑结构，使其即具有良好的鲁棒性和可靠性，又能提高覆盖网的稳定性并降低直播的时延。
发明内容
本发明提供了一种P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，利用了树状拓扑结构的高效率和低时延的优点，同时避免采用树状拓扑时因为节点频繁加入退出引起的拓扑维护成本过高的问题。本发明提供一种P2P直播 覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，所述可靠性最优树状核心拓扑求解方法包括(I)在所述P2P直播覆盖网中根据出度和可靠性选取骨干节点；(2)根据骨干节点的数量和平均出度计算出度权重数组的长度；(3)按照步骤⑵中所述出度权重数组的长度，随机产生一组出度权重数组，将所述的随机产生的一组出度权重数组作为初始种群；(4)对于所述初始种群中每个个体构造相应的树拓扑，并计算每棵树拓扑的所有节点的累积可靠性之和；(5)将步骤(4)所述初始种群或步骤(6)所述的初始种群作为进化种群，对所述进化种群的每个个体进行复制并变异，形成变异种群；根据所述变异种群每个个体构造相应的树拓扑，并计算每棵树拓扑的所有节点的累积可靠性之和。(6)将所述进化种群与所述变异种群所有个体对应的节点的累积可靠性之和进行递减排序，选择排序在前的一半个体作为新一轮进化的初始种群；(7)对于步骤(6)中产生的所述新一轮进化的初始种群，进行是否满足进化结束条件的判断，如果不满足所述进化结束条件，重复执行步骤(5)到步骤(7)，直到满足进化结束条件为止；(8)步骤(7)中满足进化结束条件的所述新一轮进化的初始种群，即为可靠性最优树状核心拓扑。优选的是，所述出度权重数组的长度是所述树状拓扑的最大深度。优选的是，所述满足进化结束条件为所有节点的累积可靠性之和的最大值、平均值的变化小于阈值或者所述满足进化结束条件为进化代数达到上限。优选的是，所述节点的累积可靠性的计算方法，包括(I)所述树拓扑的根节点的累积可靠性即为其自身可靠性；(2)从步骤(I)中所述根节点开始，广度遍历所有孩子节点，对每个节点按步骤
(3)计算其累积可靠性；(3)所述节点的自身可靠性乘以其双亲节点的累积可靠性作为所述节点的累积可靠性。优选的是，在所述P2P直播覆盖网中根据出度和可靠性选取骨干节点中，所述出度大于流媒体速率，所述可靠性大于可靠性阈值的节点被选取为骨干节点。优选的是，所述可靠性阈值通过设定固定值实现。优选的是，所述可靠性阈值通过指定骨干节点数量占总节点数量中的比例实现。优选的是，根据所述选取的骨干节点的数量和平均出度，通过公式
权利要求
1.一种P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，所述可靠性最优树状核心拓扑求解方法包括 (1)在所述P2P直播覆盖网中根据出度和可靠性选取骨干节点； (2)将所述选取的骨干节点的数量和平均出度计算出度权重数组的长度； (3)按照步骤(2)中所述出度权重数组的长度，随机产生一组出度权重数组，将所述的随机产生的一组出度权重数组作为初始种群； (4)对于所述初始种群中每个个体构造相应的树拓扑，并计算每棵树拓扑的所有节点的累积可靠性之和； (5)将步骤(4)所述初始种群或步骤(6)所述的初始种群作为进化种群，对所述进化种群的每个个体进行复制并变异，形成变异种群；根据所述变异种群每个个体构造相应的树拓扑，并计算每棵树拓扑的所有节点的累积可靠性之和。
(6)将所述进化种群与所述变异种群所有个体对应的节点的累积可靠性之和进行递减排序，选择排序在前的一半个体作为新一轮进化的初始种群； (7)对于步骤(6)中产生的所述新一轮进化的初始种群，进行是否满足进化结束条件的判断，如果不满足所述进化结束条件，重复执行步骤(5)到步骤(7)，直到满足进化结束条件为止； (8)步骤(7)中满足进化结束条件的所述新一轮进化的初始种群，即为可靠性最优树状核心拓扑。
其特征在于，所述出度权重数组的长度是所述树状拓扑的最大深度； 所述满足进化结束条件为所有节点的累积可靠性之和的最大值、平均值的变化小于阈值或者所述满足进化结束条件为进化代数达到上限。
2.一种如权利要求I所述的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，其中，所述节点的累积可靠性的计算方法，包括 (1)所述树拓扑的根节点的累积可靠性即为其自身可靠性； (2)从步骤(I)中所述根节点开始，广度遍历所有孩子节点，对每个节点按步骤(3)计算其累积可靠性； (3)所述节点的自身可靠性乘以其双亲节点的累积可靠性作为所述节点的累积可靠性。
3.—种如权利要求I所述的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，其中，在所述P2P直播覆盖网中根据出度和可靠性选取骨干节点中，所述出度大于流媒体速率，所述可靠性大于可靠性阈值的节点被选取为骨干节点。
4.一种如权利要求3所述的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，其中，所述可靠性阈值通过设定固定值实现。
5.一种如权利要求3所述的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，其中，所述可靠性阈值通过指定骨干节点数量占总节点数量中的比例实现。
6.一种如权利要求I所述的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，其中，根据所述选取的骨干节点的数量和平均出度，通过公式
7.—种如权利要求I所述的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，其中，所述构造相应的树拓扑的方法，包括 (1)按照前后次序获取出度权重数组的元素，对每个元素进行步骤(2)到步骤(3)的处理，直到所有节点加入到树中； (2)根据所述数组元素计算所有未加入树的节点的加权可靠性，并进行从高到低的排序; (3)根据所述的节点加权可靠性排序结果，将排序在前的节点逐个加入到树中。如果树中没有节点，则只取一个节点作为根，否则将节点加到原有树的叶子节点上，直到用尽所有叶子节点的出度或者没有待加入节点。
全文摘要
本发明旨在提供一种P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法，包括通过分层出度加权将P2P直播覆盖网的骨干节点的出度和可靠性转换为加权可靠性，用加权可靠性作为排序依据逐层构造树状核心拓扑；用进化规划算法对分层权重数组进行优化，进化过程中以所有节点的累积可靠性之和作为进化指标，求解得到可靠性最优的树拓扑。本发明所述的P2P直播覆盖网的可靠性最优树状核心拓扑求解方法提高了P2P直播覆盖网的稳定性，降低了直播时延。
文档编号H04L12/44GK102624596SQ20121012653
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者翁建广, 贾晓雯, 邹雪兰, 黄暑娟 申请人:浙江传媒学院