基于网格结构的树型cdn-p2p融合网络构架及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于内容分发网络（ContentDeliveryNetwork)领域和对等网络 P2P(PeertoPeer)领域，具体涉及一种基于网格结构的树型⑶N-P2P融合网络构架及方 法。
【背景技术】
[0002] 网络技术的变革与发展在给社会带来巨大进步的同时，也让人们不再仅仅满足 于获取网络静态内容和文本信息。多媒体内容（Multi-mediaContent)的流行，在一定 程度上推动了网络技术的持续发展和变革以适应人们的需求，目前，较为流行的网络技术 中，有两种技术非常适合多媒体内容的分发和传送，它们分别是内容分发网络⑶N(Content DeliveryNetwork)和对等网络P2P(PeertoPeer)。
[0003] Q)N是Content Delivery Network，即内容分发网络的简称，Q)N网络的根本原理 在于，其将服务Peer节点部署在网络的边缘，尽可能靠近用户侧，从而用户可以较传统网 络方式而言更近距离地请求和获取内容，达到更好地服务效果。在网络传输的过程中，越长 的传输距离意味着越大的延迟和越大的丢包率，因此，让服务Peer节点尽可能地靠近用户 能够有效减少延迟和丢包率给用户带来的负面影响。
[0004] P2P是英文Peer to Peer(对等）的简称，相对于传统的C/S模式而言，P2P技术 无疑是一次巨大的革新，它将原来由少数主机单独完成的任务分配到网络中任何一台有能 力完成这一服务的机器，网络构架将不再是传统的主-从模式，而是完全平等的一种模式， P2P网络中，所有的终端都是平等的，当用户希望获取某项资源的时候，P2P网络中的调度 设备--tracker将会根据用户的请求和实际网络情况，为用户指定合适的Peer节点列 表peerlist，用户可以根据这个peerlist向列表中的Peer节点发送获取内容请求，从而建 立连接，从多个Peer节点获取相关内容。
[0005] ⑶N-P2P融合网络，顾名思义，就是将⑶N网络与P2P网络通过某些技术融合起来， 形成能够取长补短的⑶N-P2P融合网络。⑶N-P2P融合网络的好处在于，其既具备了⑶N网 络的"一跳式"服务特性，又有效地降低了服务成本。因为系统将不再单纯依赖CDN能力， 当P2P能力能够满足系统需求的时候，系统将优先选择P2P为用户提供服务。
[0006] 就像交叉学科的出现，网络技术的融合也是为了集各种技术所长，充分取长补短， 实现效益最大化的同时兼得用户体验。随着CDN和P2P技术的流行，人们除了在享受这两 种技术带给人们的快捷体验和忍受这两种技术中的不足之外，也在设想如何能够将这两种 技术融合起来扬长避短，因此，CDN-P2P融合网络构架应运而生。伴随着这一研究的流行化， 人们对这一领域的研究也逐渐多元化，基本涵盖了如何构建⑶N-P2P融合网络、⑶N-P2P融 合网络下的策略研究，包括调度策略、组网策略等、各类因素对CDN-P2P融合网络的影响及 处理措施等、运行于⑶N-P2P融合网络构架上的各种业务和操作。
[0007] 综上所述，尽管有关⑶N-P2P融合网络的研究包含了问题的多个方面，以上研究 均没有涉及⑶N-P2P融合网络中有关⑶N部署策略的研究，然而，⑶N-P2P融合网络本来的 出发点是如何在保证网络服务质量和用户体验的前提下，尽可能地减少CDN的部署，以减 少部署和运维开销。并且，现有的研究成果并没有给CDN服务提供商和用户提供一种能最 大化发挥⑶N和P2P优势的⑶N-P2P融合网络构架，现阶段，无论是树型⑶N-P2P融合网络 构架还是网格型⑶N-P2P融合网络构架，都无法在保证⑶N-P2P融合网络健壮性的同时，保 证网络的服务质量，因此，需要一种全新的网络构架来同时实现健壮性和高效性。
[0008] 现阶段，关于⑶N-P2P融合网络的拓扑结构有多重提议，在文献1(ZhiHuiLu，Ye Wang,YangRichardYang,"AnAnalysisandComparisonofCDN_P2PhybridContent DeliverySystemandModel"，JournalofCommunications,Vol7,No3 (2012),232-245, Mar2012doi:10. 4304/jcm. 7. 3. 232-245.)中，如图 1 所示，作者给出 了一种基于层 (layer-based)的⑶N-P2P拓扑结构，⑶N和P2P分属于不同的层，⑶N服务器之间可以进行 资源交互和负载均衡，系统中的Peer可以请求CDN或者其他Peer获取相应资源。然而，这 一系统中，所有的Peer节点是随机分布的，因此，一个Peer可以为任意其他Peer服务，这 样的机制带来的后果是，可能会引进冲突，因为存在这样一种情况：系统中所有的Peer节 点并发地同时向一个Peer请求内容。为了避免这一缺陷，一种具备健壮性的网络拓扑非常 必要。
[0009]在文献 2(CesarA.V.Melo，Jo~aodaMataLib'orio,NelsonL.S.da Fonseca, "0bjectManagementPoliciesinP2P-CDNNetworks，'，Communications(ICC), 2012IEEEInternationalConferenceonDateofConference：l〇-15June2012)中，作者 提出了一种基于网格结构的CDN-P2P融合网络构架，图2展示了这一构架的拓扑原理。这 一构架结合了传统P2P网络的网格结构，将P2P网格结构直接应用于CDN-P2P融合网络构 架当中，因此，整个网络的运行模式仍然类似传统的P2P网络，尽管这一构架更加灵活，然 而由于这一构架同时引进了P2P网络中存在的弱点，使得网络和网络中的Peer节点难以管 控。
[0010] 为了解决⑶N-P2P融合网络的可管可控性问题，文献1中亦给出了一种由某研 究机构提出的树型CDN-P2P融合网络拓扑结构（如图3所示），树型结构的网络拓扑的 好处在于，相对于传统P2P的网格结构拓扑，树型结构网络中，每个Peer节点都知道自己 的位置，即每个Peer节点既知道自己的父辈（parent)Peer节点的信息，也知道自己的子 (children)Peer节点和兄弟（sibling)Peer节点的信息，从而实现整个网络的有序性，并 以此达到网络的可管可控。但是，树型结构网络也存在一些问题，例如，相对于其他网络 拓扑（网格、环形、星型等）来说，树型结构网络中的Peer节点对于树根，也就是⑶N-P2P 融合网络中的CDN服务器的依赖性会比较大，这将不利于CDN-P2P融合网络未来的发展， 同时，树型结构中，离根Peer节点越近的Peer节点，其性能越好，而离根Peer节点越远的 Peer节点其性能却越差，这也会影响CDN-P2P融合网络的整体性能和扩展性，不利于网络 层数的增长。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于网格结构的树 型CDN-P2P融合网络构架及方法，在保证系统的扩展性、健壮性和灵活性的同时，保证系统 的有序性和可管可控。
[0012] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0013] 一种基于网格结构的树型⑶N-P2P融合网络构架，包括⑶N服务器和各层的Peer 节点，在整体保持树状网络拓扑的前提下，上、下层的Peer节点之间形成网格结构；
[0014] 所述⑶N服务器能够提供N。的服务能力，即N。条并发连接数；
[0015]每个Peer节点需要k个连接同时为其服务，该k个连接分别连接到k个不同的Peer节点（这k个Peer节点可以是任意层的），形成网格结构。
[0016] 一种所述构架的使用方法，包括：
[0017] 确定所述CDN服务器的服务能力后，对Peer节点进行调度；
[0018] 为所述网络构架所服务的系统中的每一个Peer节点设置权值，对于有Peer节点 退出的情况，采取新加入Peer节点补充策略；
[0019] 采取奖励机制提升系统中每个Peer节点的贡献率。
[0020] 所述确定所述⑶N服务器的服务能力后，对Peer节点进行调度是这样实现的：
[0021] 步骤1 :第一个Peer节点加入系统，⑶N服务器为其提供服务；
[0022] 步骤2 :后续n个Peer节点加入系统，采取以下策略：
[0023] 当前用户规模为M(t)，⑶N服务器能支持的最大用户规模为M，当M(t)大于M时， 选择P2P为其提供服务，否则选择CDN服务器为其提供服务。
[0024] 所述新加入Peer节点补充策略具体如下：
[0025] 状态1:初始状态
[0026] 设置当前权值currentWeight为0,最小权值minWeight为0，Peer节点编号i为 0,退出Peer节点标识ID为无穷大;
[0027] 状态2:用户开始加入系统
[0028] 将用户行为user, action设置为加入状态add时，比较i和ID的大小：
[0029] 当i小于ID时，Peer节点的编号user,identifier设置为i，Peer节点的权值 user,weight设置为currentWeight,minWeight设置为currentWeight,currentWeight累 加1，i累加1 ;
[0030] 否则，Peer节点的编号user,identifier设置为ID,即标识系统中有Peer节点退 出，Peer节点的权值user,weight设置为minWeight,即标识为退出Peer节点权值，将退出 Peer节点标识ID再次设置为无穷大00，最后将minWeight设置为currentWeight;
[0031] 状态3:用户离开系统
[0032] 将用户行为user,action设置为离开状态abort，用ID记录离开Peer节点的编号 user,identifier，并将minWeight设置为离开Peer节点的权值user,weight。
[0033] 将上述各个参数均用数组类型存储后，能够对Peer节点进行并发处理。
[0034] 当一个新Peer节点要求加入系统时，系统首先将其放置到之前退出的Peer节点 的位置。
[0035] 所述采取奖励机制提升系统中每个Peer节点的贡献率是这样实现的：
[0036] 1)新加入系统的Peer节点享有在⑶N服务器空闲时获得由⑶N