一种优化域间流量的重叠网络构建方法
【专利摘要】P2P直播应用会产生大量跨自治域的网络流量，本发明公开一种P2P直播系统的重叠网络构建方法，针对域间流量进行优化，同时保证直播视频的播放质量。方法包括：第一，根据自治域之间的物理链路延迟及每个自治域需要建立的输入域间连接数，确定重叠网络中各自治域之间的互连关系；第二，根据每个自治域需要建立的域间连接数目和域内的用户数目，确定每个自治域数据传输的骨干节点和核心节点；第三，在各自治域的核心节点之间建立实际的单向域间连接，用于不同自治域之间的数据单向传输；第四，在各自治域内部建立核心节点、骨干节点、普通节点之间的双向域内连接，用于自治域内部的数据双向传输。
【专利说明】一种优化域间流量的重叠网络构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于互联网视频应用领域，特别涉及一种用于P2P直播系统的重叠网络构 建方法。
【背景技术】
[0002] 随着P2P直播系统在互联网上广泛部署，P2P直播应用给互联网的骨干链路带来 了巨大的流量压力，特别是跨自治域的网络流量导致互联网服务提供商昂贵的带宽开销。 宄其原因是P2P直播系统是运行在互联网应用层上，系统中位于不同自治域的用户节点通 过随机选择邻居节点，建立数据传输连接。因此，目前的P2P直播系统采用的重叠网络构 建方法会产生大量跨自治域的连接及流量。如图1所示，自治域ASO、AS1和AS2之间的域 间连接是随机建立的，域间连接的数量不可控制。优化域间流量最直接的方法是将数据传 输尽可能限制在自治域内部，减少域间数据传输，即用户节点应该尽可能选择位于同一自 治域内的用户节点作为邻居节点，仅保留必要的跨域连接，用于自治域之间的数据传输。但 是完全的本地化方案会使系统变得脆弱，从而影响直播视频的播放质量，如图2所示，如果 AS0和AS1的域间连接发生拥塞，出现数据包丢失的情况，后续自治域AS1的所有用户节点 都可能受到影响，即使采用重传机制也会使数据包递交到自治域AS1中用户节点的延迟大 幅上升，从而影响视频的播放质量。
[0003] -个良好的折中方法是控制域间连接的数目，使域间连接具有一定冗余，如图3 所示，自治域AS2有2条数据传输的域间连接，因此可以分别从自治域AS0和AS1获取数据， 即使AS0到AS2的域间数据传输连接发生拥塞，AS2的用户节点还可以通过另一条域间连 接从AS1获取数据。另一方面，如果从数据源端到接收者的数据传输路径所经过的自治域 太多，即数据包传输路径包含的域间连接太多，会严重影响数据递交延迟，导致视频播放质 量下降。本发明提供一种P2P直播系统的重叠网络构建方法，用于建立视频服务器和用户 节点之间、以及用户节点相互之间的数据传输连接。该方法通过控制系统用户建立的跨自 治域的连接数量，达到优化域间流量的目的；通过限制数据包递交到每个用户节点的传输 路径所经过的最大自治域数量，优化数据包递交延迟，从而保证直播视频的播放质量。本发 明只涉及P2P直播系统中节点之间数据传输连接的建立方法，不包含数据包的调度和重传 机制。在开发实际的P2P直播系统时，本发明提供的重叠网络构建方法需要与数据包调度 和重传机制配合使用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于控制P2P直播系统产生的跨自治域的网络流量，同时保证直播 视频的播放质量。为实现上述发明目的，本发明提出一种优化域间流量的重叠网络构建方 法，其特征在于，重叠网络中跨自治域的数据传输是由域间连接承担，域间连接是单方向 的，只能由域间连接的发送节点向域间连接的接收节点传输数据；每个自治域根据需要维 护若干条输入域间连接用于从其他自治域获取数据，同时维护若干条输出域间连接用于向 其他自治域提供数据；重叠网络中总的域间连接数是可控的，且能保证从视频服务器到每 个用户节点的数据传输路径所经过的自治域个数是受限制的。
[0005] 本发明提出的一种优化域间流量的重叠网络构建方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1、根据自治域之间的物理链路延迟，计算重叠网络中需要建立的域间连接， 得到自治域互连关系矩阵，用Link_AS表示，其中视频服务器所在的自治域为A4，如果Li，j 设置为n表示自治域i需要建立n条指向自治域j的域间数据传输连接，Lu的初始值设置 为0,NAS表示重叠网络中所包含的自治域个数，域间连接的具体计算方法如下：
【权利要求】
1. 一种优化域间流量的重叠网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、根据自治域之间的物理链路延迟，计算重叠网络中需要建立的域间连接，得到 自治域互连关系矩阵Link_AS，其中视频服务器所在的自治域为AStl，如果Li,j为n表示自治 域i需要建立n条指向自治域j的域间数据传输连接，Lu的初始值设置为0,NAS表示重叠 网络中所包含的自治域个数；
步骤2、根据每个自治域需要建立的域间连接数目和域内部的用户数目，确定每个自治 域数据传输的骨干节点和核心节点，其中核心节点用于建立不同自治域之间的域间连接， 骨干节点用于在自治域内部的数据中继，每个自治域选择的骨干节点的个数由该自治域需 要建立的输入域间连接数、输出域间连接数、自治域内的用户节点数、以及用户节点上传带 宽等因素综合决定，核心节点从骨干节点中选择，核心节点数由该自治域的输入域间连接 数决定； 步骤3、根据自治域互连关系矩阵，在各自治域的核心节点之间建立跨自治域的域间 连接，用于不同自治域之间的数据单向传输，域间连接在传输数据包时是单向的，只能由数 据提供节点发送数据包给数据接收节点，但是数据收发双方可利用域间连接交换数据包请 求、应答、数据包缓存情况等控制信息； 步骤4、在每个自治域内部各节点之间建立双向域内连接，包括核心节点之间的连接， 骨干节点之间的连接，普通节点之间的连接，以及核心节点、骨干节点、普通节点之间的连 接，域内连接允许节点之间双向传输数据包以及双向交互控制消息。
2. 根据权利要求1所述的一种优化域间流量的重叠网络构建方法，其特征在于，步骤1 所述的计算重叠网络中需要建立的域间连接的方法为： 1. 1)、确定每个自治域需要建立的提供数据输入的输入域间连接的数目，记为IN(ASi)(i= 1，2…，Nas-I)，该数目根据当前重叠网络中包含的自治域个数以及每个自治域所包含 的用户数进行设置，所述输入域间连接是指从自治域i到自治域j的域间连接，该连接对于 自治域i是输出域间连接，对于自治域j是输入域间连接； 1. 2)、根据每个自治域需要建立的输入域间连接数目IN(ASi)，确定每个自治域需要建 立的域间连接，即确定需要与自治域ASiQ= 1，2…，Nas-I)建立输入域间连接的输入域集 合，具体方法为： 1. 2. 1)、根据自治域之间的物理链路延迟，计算从视频服务器所在的源自治域AStl到每 个其他自治域经过〇、l、2-M个自治域的可达路径，M是根据当前自治域个数设定的用于控 制域间路径长度的阈值，即从源自治域AStl到其他自治域ASi(i= 1，2…，Nas-I)的所有可 达路径的域间路径长度均小于等于M，所述从源自治域ASgIj自治域ASi的域间路径长度是 指该路径除源自治域和目的自治域外，所经过的自治域个数，每个自治域的可达路径集合 记为（PATH(ASi)}(i= 1，2...，Nas-I); 1. 2. 2)、计算（PATH(ASi)}中每条可达路径的域间链路总延迟，选择域间链路总延迟最 小的可达路径，记为AStl―…一ASs-ASi，根据该路径确定自治域ASi需要建立的1条输入 域间连接为ASs-ASi，将Link_AS矩阵中Ly的值自加1，同时将ASs加入到AS^勺输入域 集合{IN_AS}中，并从ASi的可达路径集合中将包含域间链路ASs^ASi的所有可达路径删 除； 1. 2. 3)、判断自治域ASi目前确定的输入域间连接数是否达到需要建立的输入域间连 接数目IN(ASi)，如果达到，则执行步骤1. 2. 5 ;如果没有达到需要建立的输入域间连接数， 则执行步骤1. 2. 4 ; 1. 2. 4)、从剩余可达路径集合中选择域间链路总延迟最短的可达路径，记为AStl-… -ASm-ASi，如果该路径的域间链路总延迟超过设置的允许的最大延迟，则从已经确定的 ASi的输入域集合{IN_AS}中随机选择自治域ASj (ASjG{IN_AS})建立新的输入域间连接， 同时将Link_AS矩阵中Ly的值自加1 ;如果最短可达路径的域间链路总延迟在允许范围 内，则根据最短路径确定自治域ASi需要建立的新的输入域间连接为ASm-ASi，将Link_AS 矩阵中Lm，i的值自加I，将ASm加入到ASi的输入域集合中，并从ASi的可达路径集合中将包 含域间链路ASm-ASi的所有可达路径删除，然后返回步骤1. 2. 3重复执行，继续确定新的 输入域间连接； 1. 2. 5)、判断所有自治域（源自治域除外）的输入域间连接是否都已确定，如果仍有自 治域的输入域间连接还没全部确定，则返回步骤1. 2. 1，重复执行，直到为所有自治域确定 其全部输入域间连接为止，最终得到表示自治域互连关系的矩阵Link_AS。
3.根据权利要求1所述的一种优化域间流量的重叠网络构建方法，其特征在于，步骤3 所述的在各自治域的核心节点之间建立跨自治域的域间连接的方法为： 3. 1)、遍历自治域互连关系矩阵Link_AS，如果Lu为n表示自治域i需要建立n条指 向自治域j的域间连接； 3. 2)、从自治域i的核心节点中，随机选择没有建立输出域间连接的核心节点，作为该 输出域间连接的数据提供节点；如果自治域i的所有核心节点都已经建立至少1条输出域 间连接，则随机选择1个核心节点作为该输出域间连接的数据提供节点； 3. 3)、将自治域j中的核心节点按照上传带宽降序排列，选择未建立输入域间连接的 上传带宽最大的核心节点作为该输入域间连接的数据接收节点； 3. 4)、在选定的数据提供节点和数据接收节点之间建立实际的域间连接，该连接在传 输视频数据包时是单向的，只能由数据提供节点发送数据包给数据接收节点，但是数据收 发双方可利用该连接交换数据包请求、请求应答、数据包缓存情况等控制信息； 3. 5)、判断自治域i和自治域j之间建立的域间连接数是否达到Lu表示的值，如果没 有达到，返回步骤3. 2继续建立自治域i、j之间的域间连接，如果域间连接数达到Lu表示 的值，则继续遍历自治域互连关系矩阵，建立其他自治域之间的域间连接，直到建立完所有 域间连接为止。
【文档编号】H04N21/61GK104506958SQ201510006008
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月7日 优先权日:2015年1月7日
【发明者】刘梦娟, 马小栓, 罗绪成, 王巍 申请人:电子科技大学