基于网关级拓扑的自适应ALM覆盖网络构建及维护系统的制造方法与工艺

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及基于网关级拓扑的自适应ALM覆盖网络构建及维护方法

背景技术：
大规模的网络视频直播是一个十分有潜力的网络应用，然而目前为止在互联网上却没有一个十分理想的解决方案。早期人们尝试使用IP组播来达到这个目标，虽然该方案拥有很高的效率和较好效果，但由于这种方案极度依赖基础设施，没有简易廉价的实施方案，难以实现大规模部署。因此出现了基于ALM方案，ALM服务通常依靠Internet提供服务，源路径的拓扑发现需要建立在广域网上。拓扑感知ALM的基本思想是希望组播转发路径尽量符合底层物理路径，以减少冗余数据包和转发延时。而ALM生成树的构造只与端节点相关，因此在生成的组播树中，成员节点的源路径只需要包含与组播成员节点逻辑上直接相连（最近）的路由器即可执行最大前缀路径匹配算法，达到拓扑感知ALM的目的和所具有的优势,如何构造出与真实网络更加匹配的拓扑网络是极需解决的问题。在得到节点位于网络中的相对位置信息（粗粒度非精确）的情况下构建的覆盖网络能在性能上得到较大的提高。然而目前研究的ALM覆盖网络需要客户端承担转发任务，因此ALM网络的性能会由于不同的调度策略而表现出巨大的差异。因此如何合理的构建符合底层拓扑结构的ALM网络，使得整个网络能够快速合理的完成数据转发任务，就成为了一项亟待研究的课题。与之同时，由于应用层组播利用Internet底层的基础设施为端用户提供组播服务，ALM由端系统而不是由核心路由器实现组播通信的所有功能，其路由和下层IP网络的路由通常不一致，从而导致应用层网络的时延增加，可靠性变差，对时延敏感。当节点频繁离开和加入组播树时，网关级拓扑图也会受到影响。因此如何构建和维护更加符合真实底层拓扑网络的ALM模型，是当今的热点和难点。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于网关级拓扑的自适应ALM覆盖网络构建及维护方法，该方法能简化了构造拓扑图所需的拓扑信息，加快获取拓扑信息的速度，能够方便快捷的在Internet中进行部署，为广大用户提供高效率、高质量的组播服务，有效提高组播树的构建速度，同时减小组播树的维护成本，为用户提供更高的服务质量。本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于网关级拓扑的自适应ALM（应用层组播）覆盖网络构建及维护方法，该方法包括网关级拓扑图的构造模块，基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络构建模块和基于节点相对离开概率的检测与维护模块三个部分，网关级拓扑图的构造模块负责底层覆盖网络的拓扑感知，基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络构建模块负责节点加入过程，基于节点相对离开概率的检测与维护模块负责组播树和底层拓扑的维护；所述的网关级拓扑图的构造模块将离端节点最近的路由器定义为该节点的网关（gateway），同时将这种只由端节点、网关及其之间的连接所构成的拓扑图定义为网关级拓扑图；网关级拓扑图构造确定网关之间的拓扑关系，根据获得的数据传播路径，寻找除源节点所在网关以外其它网关路由器的最佳父节点，进一步确定网关之间的拓扑关系，使组播转发路径尽量符合底层物理路径，为基于网关级拓扑的自适应ALM覆盖网络的构建提高性能；基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络模型构建模块包括传输延迟和数据流分发度﹑简单数据分割﹑自适应组播网络构建模式和覆盖网络结构检测方法四个部分，设计合理的组播节点加入机制；基于节点相对离开概率的检测与维护模块，对组播节点的离开进行有效的检测，以及对构造好的拓扑图进行维护。本发明的技术方案中，所述的基于网关级拓扑模块，对于相同的组播成员，最大前缀路径匹配算法根据网关级拓扑图与完整拓扑图所生成的组播树相同。本发明的技术方案中，所述的基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络构建模块采用提高数据分发度数降低数据传输延迟，数据分发度数表示该节点所能承载的子节点数目。本发明的技术方案中，所述的基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络构建模块采用简单的数据分割算法，间接提高节点对于数据的分发能力，提高数据的分发度；具体的分割方式包括：（1）将生成的流数据等分为若干个数据块，并且使用序号进行标记；（2）对每个数据块的序号进行取余操作；（3）将余数相同的数据块合并为一个子数据流。本发明的技术方案中，所述的基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络构建模块设计出一套自适应的组播网络构建模式，针对不同网络情景设置不同的机制管理组播覆盖网络，提高管理效率，具体的构建模式包括：（1）节点会对服务器空闲资源进行分析，如果能够完成当前数据流的加入工作，则直接使用服务器的空闲资源；（2）若节点发现服务器无法满足当前数据流的转发任务则开始在组播覆盖网络成员节点中搜索拥有空闲资源的网络节点，并根据下文中场景分别进行加入或者子节点替代劣势数据转发操作；（3）如果新节点无法找到合适的成员节点，则对自身网络跳进进行评估，如果节点本身可以提供足够的资源来进行插入操作，则开始寻找合适的其他节点进行相应的场景插入操作，反之，则无法加入当前组播网络。本发明的技术方案中，所述的基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络构建模块设计出覆盖网络结构检测，确定有哪些信息是自适应构建组播覆盖网络时所必要，以及确定信息的来源，具体包括：（1）节点向服务器节点发送节点查询信息，要求获得当前网络的成员列表，以便进行下一步结构检测工作；（2）当服务器收到节点发出的加入请求消息后，将会反馈节点列表信息给该节点，以供该节点进行网络结构检测和下一步的加入过程；（3）当节点接收到服务器返回的节点列表消息后，节点需要依次向列表中的各节点发送组播覆盖网络结构检测请求消息；（4）当组播覆盖网络中的各节点收到请求加入节点发送的结构检测请求后，每个成员节点将会向该节点返回对应的结构检测结果消息，至此新加入节点便获得了所有节点的局部覆盖网络结构图。本发明的技术方案中，基于节点相对离开概率的检测与维护模块通过对组播节点已在线时间的分布规律，设计出一种基于节点相对离开概率的检测机制用于检测组播节点的离开，具体包括：（1）根据节点的已在线时间长度呈现对数正态分布，给节点设置相应的lifetime，使节点的生存状态更加切于实际；（2）根据节点已在线时间长度所在区间内的概率评估该节点在此刻的相对离开概率；（3）根据节点的相对概率的不同，设置相应的检测频率来检测节点的离开。本发明的技术方案中，基于节点相对离开概率的检测与维护模块采用了缓冲更新法；缓冲更新法对不属于任何组播成员默认网关的路由器，不会马上从拓扑图中删除，而只是从源路径表中删除，这样既可以节省下次同一域的节点申请加入组播树的路径探测和匹配时间，又不会因为源路径表中冗余数据而降低最大前缀路径匹配算法的性能；具体包括：（1）从网关级拓扑图T(R,f,V)的端节点集合V(ri)中删除vi节点；（2）如果表明与网关ri相连的还有其它端节点是组播树的成员，此时拓扑图不需作任何更新；（3）如果则将当前时间cuurentTime记录在ri的EmptyTime字段中；（4）检查端节点源路径表，如果ri∈spath(vk)，则从spath(vk)中删除ri；（5）定期检查拓扑图T，若且cuurentTime–EmptyTime(ri)>ExpiredTime，则将ri从拓扑图T中删除。附图说明图1为基于网关级拓扑的自适应ALM覆盖网络构建及维护技术整体框架图；图2为实时网络结构检测的ALM覆盖网络模型构建的流程图；图3为网关级拓扑图；其中（a）原组播树上只有一个节点；（b）原组播树上有两个节点；图4为Topology_to_spath(R,f,V)算法描述；图5为数据转发模式；图6为序号均分流数据分割；图7为自适应加入过程-场景1；图8为自适应加入过程-场景2a；图9为自适应加入过程-场景2b；图10为自适应加入过程-场景3；图11为组播覆盖网络结构检测；图12为基本信息头部/加入查询消息；图13为网络成员列表消息；图14为网络结构检测结果消息。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明。参见图1，本发明采用的技术方案：一种基于网关级拓扑的自适应ALM覆盖网络构建及维护方法，该方法包括网关级拓扑图的构造模块，基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络构建模块和基于节点相对离开概率的检测与维护模块三个部分；网关级拓扑图的构造模块是根据获得的数据传播路径，寻找除源节点所在网关以外其它网关路由器的最佳父节点，是为了进一步确定网关之间的拓扑关系，使组播转发路径尽量符合底层物理路径，为后面覆盖网络的构建提高较好的性能。基于实时网络结构检测的ALM覆盖网络模型构建模块负责设计合理的组播节点加入机制。基于节点相对离开概...