专利名称：可运营p2p网络应用路由系统及其路由实现方法
技术领域：
本发明涉及一种用于P2P数字媒体业务的新型应用路由系统及 其路由实现方法。
背景技术：
在P2P网络中，终端与内容源或其他用户终端建立连接之前， 必须获取相关的应用路由信息。针对某一内容片段，应用路由信息至 少包括对端节点(Peer)的地址和端口号。
终端是内容交换和通讯服务的主体，而应用路由的效率、合理性 和准确性将关系到P2P网络的稳定运行和应用的服务质量，因此应用 路由机制是P2P网络设计的关键。现有P2P网络的应用路由机制多 采用中心随机选取、分布式随机扩散等方式。由于P2P网络中终端众 多，不同用户终端节点的服务能力差异也很大，节点的状态变化比较 快，因此随机选取方式容易使终端得到处理性能低、网络连通状态差 的应用路由，进而影响最终业务的服务质量，难以满足运营商网络高 稳定性、业务高质量的组网需求。
发明内容
为了提高P2P网络的服务质量，本发明提出了一种P2P应用路 由系统及其路由实现方法，其中通过对P2P接收端节点获取的路由信 息进行筛选，使终端获取性能最佳的应用路由，避免选择那些处理性 能低、网络连通状态差的目标对象，从而保证内容传输的速度和效率， 提高P2P业务的服务质量，满足了运营商大规模组网的需求。
为实现上述目标，本发明所述P2P应用路由系统包括了三级路
由选路结构，即该系统包括资源管理器(RM)、指定资源管理器(DM) 和普通节点(NN)，由不同级别的节点负责不同的路由管理、计算 及选路功能。
RM是第一级路由管理中心，负责存储各个域的路由统计信息； 接收DM的路由请求，并返回域外路由查询信息；以及实现全局负载 均衡。
DR是第二级自治域路由管理中心，负责存储与本域有关的路由 信息，向RM汇报本域的路由统计信息；根据节点的特征对资源数据 进行初步筛选，并定时向节点推送路由；响应并应答域内节点的路由 请求，代表用户终端向RM请求新的域外路由；以及实现域内负载均 衡。
NN是指级别最低的普通用户终端，其在路由处理中与DR交互 更新状态信息，并根据DR推送的路由信息完成最终路由计算。
本发明还提供了在上述P2P应用系统中实现路由的方法，其中 根据不同业务类型和节点的处理能力选择以下方式中的一种或多种 使用户终端获得路由信息即由路由管理中心(DR/RM)主动推送路 由、用户终端自主请求路由、以及在对等终端节点(peer)之间交换 路由信息。
在第一种路由实现方式下，DR根据用户终端的服务类型和网络 负载均衡的需要，分阶段、周期性地向用户终端推送路由信息。其中 DR向终端选择并推送路由的基本原则是地域优先原则，即根据节点 所处的地域，优先选择在同一地域的内容节点之间提供服务，以提高 内容的响应速度和服务质量，优化网络流量和流向。
由于不同类型的业务需求各不相同，针对不同类型的业务，DR 将采用不同的路由推送策略，包括
1.针对非实时业务，如内容下栽型业务，其对时延并不敏感， 并且内容片段的获取顺序无关紧要，因此在路由推送时主要釆用以下 原则
l)终端片段差异原则，即向域内用户终端推送不同内容的片段
路由，尽可能使用不同用户下栽的不同片段，以促进域内用户之间的 内容共享。
2)稀有片段优先原则，即DR统计域内各终端已有的内容片段， 并促使该域内缺少的稀有片段优先下栽，从而使域内保持尽可能多的 内容片段，域内各终端之间可实现内容共享，减少跨域之间的流量。
2.针对实时业务，如点播业务等，片段的准确、及时推送是首 要考虑的因素，因此DR在路由推送时主要采用预估法，其原理如下
每隔一定周期，终端将根据自身的緩存空间和播放进度计算未来 一段时间内(例如5分钟内)所需播放的片段，然后定时向DR发起 请求，DR将向终端推送相应的路由更新。考虑到MTN终端的动态 变化，对于同一内容片段，DR将为用户终端推送多条(例如3-4条) 路由，以实现备份，从而确保终端的服务质量。
在第二种路由实现方式下，考虑到MTN终端的频繁退出和加入， DR为终端推送的路由信息并不能保障用户准确地获得实时业务的内 容片段，为此，当用户终端发现自身缺少某些内容片段路由时，还可 以向所属的DR主动发起路由请求。
在这种情况下，DR在为终端选择路由时遵循地域优先原则，并 采用了两阶段信息搜索算法
在第一阶段，DR将检查本地是否满足终端的路由请求，如果本 地可以满足用户需求，则直接返回本地搜索结果；如果本地不能满足 用户需求，则将用户请求转发给RM。
在第二阶段，RM查询其存储的各个域的统计信息库，以查找用 户所请求的内容片断所在的域。如果发现没有一个域包含用户所需的 内容片断，则向DR返回内容源路由信息，并由DR向用户返回最终 的查询结果。
如果RM检索到某些域存储有该内容片断，则向所在域的DR发 起路由查询请求，在获取相关路由信息后，向DR返回该路由信息， 并由DR向用户返回最终的查询结果。
当发送端受到自身资源限制而无法满足接收端请求时，可以根据
自身的连接和路由信息，向接收端推荐相应的路由信息。
在第三种路由实现方式下，为了进一步扩大用户终端获取路由信
息的途径，终端(peer)之间还实时交换各自所存储的内容片断信息 和路由信息，从而使接收端peer可以根据自身的需求和系统资源主动 向对端peer请求内容片断，以最大限度地利用现有连接传输更多的片 断，并减少切换时间。
用户终端在获得了路由信息后，将根据预定的规则为各路由信息
计算优先级。在传输内容时，根据所计算出的优先级优先选用优先级 较高的路由。终端设置影响优先级的各个影响因素所占的权重，并根 据下述公式计算各服务节点的优先级(Priority):
其中b为影响因素，a为可根据系统运行经验进行调整的加权因 子，n为影响因素的个数。
在计算优先级时所要考虑的影响因素可包括
(1) 节点服务能力节点的连接速度、服务带宽和现有负载状 况是决定对端服务能力的关键因素。在首次连接时，节点将对端自身 通报的服务能力信息作为判断依据。在建立连接后，MTN终端将采 用轻量的10k消息检测算法，用于测量对端的带宽、时延等参数，动 态评估节点服务能力，优先选择服务能力最强的4个节点作为连接对 象。
(2) 节点信用度对节点的选择还需要考虑其以往的稳定性因 素，以便在异构网络系统中选择性能稳定、可靠、共享意愿强的客户 端提供服务，减少连接的中断切换，提高整体服务质量、优化响应时 间和效率。
(3) 节点緩存Cache:优先选择内容还在内容緩存的客户端节 点提供服务，即优先选择刚刚收看该节目内容的客户端节点进行调 度，以改善服务响应速度，减少客户端硬盘操作次数。
U)节点类型调度的优先顺序为其它客户端节点的优先级
最高，内容緩存服务器的优先级其次，原始内容服务器的优先级最低。 这样可以提供系统伸缩性，使系统服务能力随用户增加而扩展，同时 保留服务器资源为非热门节目提供服务。
(5)路由获取来源与从peer端获取的路由相比，路由管理中 心DR和RM在推送路由的过程中兼顾了全网的负载均衡，为此，这 类路由被设置为拥有较高的优先级，以减少流量的不可控性。
终端在完成路由计算后，将按照顺序选择优先级高的节点作为目 标下载节点，与之建立连接，以实现内容的共享。
根据本发明，为了避免系统中某些服务能力较强的节点成为内容 请求的热点而负载过重，P2P应用路由系统采用了两级负载均衡机制， 即全局负载均衡和局部负载均衡。
P2P应用路由系统的全局负载均衡主要由RM来实现，包括以下 功能在向各域推送域外路由信息时，根据各域的节点服务统计信息 优先选择负载较轻的节点为其他域的节点服务；根据内容源的存储位 置为各域选择较近的内容源存储节点，向DR推送相关路由信息；以 及在内容下栽业务的情况下，促使不同域的更多终端优先下载稀有片 断，以进一步促进用户之间的内容共享，减少内容源的服务压力。
局部负载均衡主要由各域的DR实现。在向域内的节点推送路由 信息时，对于同一内容片断，DR将根据域内节点通报的负栽信息优 先选择域内负载较轻的节点为其他节点服务。
本发明实现了高扩展的应用路由架构体系。通过采用层次化的路 由体系结构，同时引入两级负栽均衡机制，不仅可以根据节点的动态
变化自动调整和扩展中心控制平台，而且还将资源管理、路由计算、 内容传输压力有效地分布在系统中各控制、管理和终端节点，较好地 解决了平台的扩展性问题。
同时，本发明提高了实时业务服务质量。通过引入集中的资源管 理和内容路由控制平台，为流媒体实时业务的数据传输提供了要求更 为严格的资源管理和控制功能，以及效率更高的内容路由搜索、计算 功能，从而有助于提供实时业务的服务质量。
另外，本发明促进了流量的本地化。通过路由策略的调制和制定， 尽可能地使域内成员共享资源，减少跨地域流量，从而减轻了骨干网 的压力。
下面参考附图及对实施例的具体描述能够更好地理解本发明。如
图所示
图1示出了根据本发明的三级路由选路系统。 图2示出了用户终端向DR和RM请求路由的过程，该过程是一 个递归过程。
具体实施例方式
如图1所示，本发明所述的P2P应用路由系统采用了三级路由 选路结构，即该系统包括资源管理器RM、指定资源管理器DM和普 通节点NN，由不同级别的节点负责不同的路由管理、计算及选路功 能。
其中资源管理器RM作为第一级路由管理中心，负责存储各个 域的路由统计信息；接收指定资源管理器的路由请求，并返回一定数 量的域外路由查询信息；以及全局负载均衡。
指定资源管理器DR作为第二级自治域路由管理中心，负责存储 与本域有关的路由信息，向RM汇报本域的路由统计信息；根据节点 的特征对资源数据进行初步筛选，并定时向节点推送路由；响应并应 答域内节点的路由请求，代表用户向RM请求新的域外路由；以及域 内负载均衡。
普通节点(NN)是指用户终端，其在路由处理中与DR交互更 新状态信息，并根据DR推送的路由信息完成最终路由计算。
在本发明所述系统中，可以通过路由管理中心(DR/RM)主动 推送路由、终端自主请求路由和对等节点(peer)间交换路由信息这 三种方式来向终端提供路由信息。根据业务类型的不同可采取不同的
路由信息传送和计算方法，并且在选路时还考虑到了各节点的处理能 力。
图2示出了用户终端向DR和RM请求路由的过程。首先，用户 终端向本域内的指定资源管理器DR1请求路由，DR1查询本域内存 在的路由信息。如果本域内存在该内容片断，则返回相应的路由信息。
当本域内存储的路由信息无法满足用户终端的路由请求时，DR1 将向资源管理器RM发起路由请求。
RM将查询自己所辖各域的内容资源统计信息，选择相应的DR2 发起路由请求。被请求的DR2查询自身所在域的路由信息，响应RM 的路由请求，将查询结果返回给RM。
随后，RM将查询结果返回给DR1，而DR1将查询结果返回给 发出请求的用户终端。
权利要求
1.一种P2P应用路由系统，其包括三级路由选路结构，即该系统包括资源管理器(RM)、指定资源管理器(DM)和普通节点(NN)，由不同级别的节点负责不同的路由管理、计算及选路功能，其中资源管理器(RM)是第一级路由管理中心，负责存储各个域的路由统计信息；接收指定资源管理器(DM)的路由请求，并返回域外路由查询信息；以及实现全局负载均衡；指定资源管理器(DR)是第二级自治域路由管理中心，负责存储与本域有关的路由信息，向资源管理器(RM)汇报本域的路由统计信息；根据节点的特征对资源数据进行初步筛选，并定时向节点推送路由；响应并应答域内节点的路由请求，代表用户终端向资源管理器(RM)请求新的域外路由；以及实现域内负载均衡；普通节点(NN)是指级别最低的普通用户终端，其在路由处理中与指定资源管理器(DR)交互更新状态信息，并根据指定资源管理器(DR)推送的路由信息完成最终路由计算。
2. 在权利要求1所述P2P应用系统中实现路由的方法，其中 根据不同业务类型和节点的处理能力选择以下方式中的一种或多种 使用户终端获得路由信息即由路由管理中心(DR/RM)主动推送路 由、用户终端自主请求路由、以及在对等终端节点间交换路由信息。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，当由指定资源管理 器(DR)根据用户终端的服务类型和网络负载均衡的需要，分阶段、 周期性地向用户终端推送路由信息时，根据用户终端节点所处的地 域，优先选择在同一地域的内容节点之间提供服务。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，针对非实时业务， 当指定资源管理器(DR)向本域内的用户终端节点推送路由信息时， 尽可能使不同用户终端下载到不同的内容片断，以促进域内用户之间 的资源共享。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，针对非实时业务，当指定资源管理器(DR)向本域内的用户终端节点推送路由信息时， 指定资源管理器(DR)统计本域内各用户终端已有的内容片断，使 本域内缺少的稀有片断优先下载，从而使本域内保持尽可能多的片断 内容。
6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，针对实时业务，每 隔一定周期，用户终端将根据自身的緩存空间和播放进度预估未来一 段时间内所需的播放片断，并定时向指定资源管理器(DR)发起请 求，指定资源管理器(DR)将向该用户终端推送相应的路由更新。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，对于同一内容片断， 指定资源管理器(DR)为用户终端推送多条路由信息，以实现备份。
8. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，当用户终端发现自 身缺少某些内容时，向所属的指定资源管理器(DR1)主动发起路由 请求；当指定资源管理器(DR1)接收到用户终端发起的路由请求后， 首先检查本域是否能满足该用户终端的路由请求，如果本域可以满足 该路由请求，则直接向该用户终端返回本地搜索结果；如果本域不能 满足该路由请求，则将该路由请求转发给资源管理器(RM);随后，资源管理器(RM)查询其自身存储的各个域的统计信息 库，以查找用户终端所请求的内容片断所在的域，如果没有一个域包 含此内容片断，则向指定资源管理器(DR1)返回内容源的路由信息， 并由指定资源管理器(DR1)向用户终端返回最终查询结果；如果资源管理器(RM)检索到某些域存储有该内容片断，则向 所在域的指定资源管理器(DR2)发起路由查询请求，在获得相关的 路由信息后，将该路由信息返回给提出请求的指定资源管理器 (DR1)，并由该指定资源管理器(DR1)向用户终端返回最终查询 结果。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，当发送端受自身资 源限制而无法满足接收端请求时，可以根据自身的连接和路由信息向 接收端推荐相应的路由信息。
10. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在各用户终端之间 实时交互各自存储的内容片断和路由信息，从而使接收端节点可以根 据自身的需求和系统资源主动向对端节点请求内容片断，以最大限度 地利用现有连接传输更多的片断，并减少切换时间。
11. 如权利要求2至10中任一项所述的方法，其特征在于，用 户终端在获得路由信息后，根据以下公式来计算各服务节点的优先 级其中Priority表示优先级，b为影响因素，a为可根据系统运行经验进行调整的加权因子，n为影响因素的个数，在传输内容时，根据所计算出的优先级选择优先级较高的节点作 为目标下载节点。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，用于确定优先级 的所述影响因素为节点服务能力、节点信用度、节点緩存、节点类型、 以及路由获取来源。
13. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过资源管理器 (RM)实现全局负载均衡，其中资源管理器(RM)在向各域推送域外路由信息时，根据各域的节点服务统计信息优先选择负载较轻的节 点为其他域的节点服务；根据内容源的存储位置为各域选择较近的内 容源存储节点，向DR推送相关路由信息；以及在内容下载业务的情 况下，促使不同域的更多终端优先下载稀有片断。
14. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过各域的指定资 源管理器(DR)来实现局部负载均衡，其中在向域内的节点推送路 由信息时，对于同一内容片断，指定资源管理器(DR)根据域内节 点所通报的负载信息优先选择域内负载较轻的节点为其他节点服务。
全文摘要
本发明涉及一种用于P2P数字媒体业务的新型应用路由系统及其路由实现方法。所述包括三级路由选路结构，即该系统包括资源管理器(RM)、指定资源管理器(DM)和普通节点(NN)，由不同级别的节点负责不同的路由管理、计算及选路功能。通过对P2P接收端节点获取的路由信息进行筛选，使终端获取性能最佳的应用路由，避免选择那些处理性能低、网络连通状态差的目标对象，从而保证内容传输的速度和效率，提高P2P业务的服务质量，满足了运营商大规模组网的需求。
文档编号H04L12/56GK101360042SQ20071013838
公开日2009年2月4日 申请日期2007年8月1日 优先权日2007年8月1日
发明者吕冠中, 宏 唐, 涛 庞, 洁 梁, 娟 武, 珣 陈, 海 黄 申请人:中国电信股份有限公司