移动应用层组播的快速重定向方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种移动应用层组播的快速重定向方法及系统，其中方法包括以下步骤：S1、在组播节点加入组播系统后，为其设置备份父节点，并注册到该组播节点的家族表中；S2、对组播系统中的各个组播节点进行检测，在其中一个组播节点将要发生故障时，通知其孩子节点，并通过该孩子节点的备份父节点进行快速重定向；S3、重定向完成后，对受影响的组播节点进行家族表的更新，以保证组播节点备份父节点的有效性。本发明在组播节点发生故障前，通知其孩子节点，以使孩子节点通过备份父节点进行快速重定向。
【专利说明】移动应用层组播的快速重定向方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及组播节点的重定向，尤其涉及一种移动应用层组播的快速重定向方法及系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着移动通信技术以及智能手机的迅速发展，移动流媒体业务的需求与日骤增。国内一些致力于为用户提供高清、流畅的专业视频服务的网络视频公司如百度、搜狐、优酷等，纷纷扩展其流媒体服务到移动网络中。与此同时，应用层组播作为一种减轻流媒体服务器负载压力以及优化流媒体服务的P2P技术，在移动环境下的应用近年来一直是研究的热点。
[0003]由于应用层组播相比IP组播具有先天的稳定性不足问题，而移动环境的高度动态性更加剧了这一问题，造成组播系统中组播节点频繁的出现异常离开，并导致组播系统中其孩子节点出现组播服务中断的问题，以至影响组播用户的体验。对于移动环境下组播系统稳定性的研究，以及组播系统出现故障后，故障节点的孩子节点快速重定向的研究一直是该研究领域的难点。
[0004]为了解决组播系统出现故障后，故障节点的孩子节点能够进行快速重定向的问题，目前一个研究方向是通过将心跳检测机制运用到组播系统中来检测并恢复故障，同时保持组播节点之间的同步。其思想是通过定时发送心跳包来检测是否有组播节点发生故障异常离开，在小规模以及相对稳定的组播系统中能够解决重定向问题。但是在移动环境下，由于组播节点的频繁断开，以及心跳检测机制本身受心跳检测周期的影响，心跳检测机制注定不能很好的解决快速重定向问题。另外一个研究方向是利用冗余链路方式，在故障发生后，利用冗余的链路进行快速重定向，但其局限于网络级的组播树故障，并没有考虑到覆盖网络中节点的度限制，所以在移动环境下，组播节点即移动终端本身受限的情况下，利用冗余链路来解决故障节点的重定向问题，也是不可取的。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于提出一种移动环境下应用层组播系统故障恢复策略，解决移动环境下组播节点高度动态性所带来组播服务中断问题，并且保证在组播节点出现异常断开时，能够进行快速重定向，恢复组播服务，提升组播用户体验。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]提供一种移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向方法，包括以下步骤:
[0008]S1、在组播节点加入组播系统后，为其设置备份父节点，并注册到该组播节点的家族表中；
[0009]S2、对组播系统中的各个组播节点进行检测，在其中一个组播节点将要发生故障时，通知其孩子节点，以使孩子节点通过备份父节点进行快速重定向；[0010]S3、重定向完成后，对受影响的组播节点进行家族表的更新，以保证组播节点备份父节点的有效性。
[0011]本发明所述的方法中，步骤SI在选取备份父节点时，主要根据组播节点加入过程中的时延和度约束，在其父节点的兄弟节点或者其祖父节点中择优选取，具体包括:
[0012]SI 1、根据父节点的家族表，获取节点最近的祖先节点及家族表；
[0013]S12、根据所获取的祖先节点的家族表，向其祖先节点和父节点的兄弟节点发送Ping消息来获取时间戳；
[0014]S13、根据所获取的时间戳，取时延最小的节点作为节点的备份父节点。
[0015]本发明所述的方法中，步骤S2中，将要发生故障的组播节点在通知其孩子节点后，其孩子节点向子节点发送抑制告警消息，并通过家族表查找备份父节点并发送重定向消息；当孩子节点的备份父节点收到重定向消息时，如果连接的孩子节点个数未达到其度约束限制，则分担数据的转发任务，否则交付给其父节点或者其他孩子节点完成重定向。
[0016]本发明所述的方法中，该方法还包括步骤:
[0017]S4、对组播系统的快速重定向策略进行评价。
[0018]5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括:
[0019]S41、在组播系统发生故障前，对组播树的拓扑结构进行向量化，节点的出度数作为该节点向量化后的维度；
[0020]S42、在节点完成重定向后，再次对整个组播树的拓扑结构进行向量化；
[0021]S43、根据相似度计算公式计算故障前后，组播树的拓扑结构的相似度，从而判断重定向策略的好坏。
[0022]本发明还提供一种移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向系统，包括:
[0023]备份父节点选取模块，用于在组播节点加入组播系统后，为该组播节点设置备份父节点，并注册到该组播节点的家族表中；
[0024]备份父节点重定向模块，用于对组播系统中的各个组播节点进行检测，在其中一个组播节点将要发生故障时，通知其孩子节点，以使孩子节点通过备份父节点进行快速重定向；在重定向完成后，对受影响的组播节点进行家族表的更新，以保证组播节点备份父节点的有效性。
[0025]本发明所述的系统中，备份父节点选取模块在选取备份父节点时，主要根据组播节点加入过程中的时延和度约束，在其父节点的兄弟节点或者其祖父节点中择优选取；
[0026]备份父节点选取模块具体用于根据父节点的家族表，获取节点最近的祖先节点及家族表；根据所获取的祖先节点的家族表，向其祖先节点和父节点的兄弟节点发送Ping消息来获取时间戳；根据所获取的时间戳，取时延最小的节点作为节点的备份父节点。
[0027]本发明所述的系统中，该系统还包括:
[0028]重定向策略评价模块，用于对组播系统的快速重定向策略进行评价。
[0029]本发明所述的系统中，所述重定向策略评价模块具体用于在组播系统发生故障前，对组播树的拓扑结构进行向量化，节点的出度数作为该节点向量化后的维度；在节点完成重定向后，再次对整个组播树的拓扑结构进行向量化；根据相似度计算公式计算故障前后，组播树的拓扑结构的相似度，从而判断重定向策略的好坏。[0030]本发明产生的有益效果是:另外所提出的策略对整个组播系统应具有系统开销小的特点，从而满足移动终端本身受限的需要。
[0031 ] 本发明中，备份父节点的选取，独立于组播节点的加入过程，能够很好对组播系统进行功能性扩展，并且备份父节点选取算法也可以根据不同的策略进行备份父节点的选定，具有很好的灵活性。重定向时，利用主动故障分析发现即将发生故障的组播节点，通过气家族表，可通知其孩子节点，以使孩子节点提前通过备份父节点进行快速重定向；在重定向完成后更新受影响节点的备份父节点信息，以保证备份父节点的有效性。
[0032]进一步地，对重定向策略进行评价，创新的提出组播树的相似度来判断发生故障前和恢复故障后，重定向策略对组播系统拓扑结构变化的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0034]图1是本发明实施例移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向方法流程图；
[0035]图2是本发明实施例备份父节点选的流程图；
[0036]图3是本发明实施例备份父节点重定向机制示意图；
[0037]图4是本发明实施例备份父节点重定向流程图；
[0038]图5是本发明实施例移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040]本发明提出了一种移动环境下应用层组播系统故障恢复策略。该策略利用所提出的主动故障恢复方案以及备份父节点重定向算法，从而达到快速重定向的目的。本发明还创新的提出利用组播树的相似度来量化重定向算法对组播拓扑变化的影响，从而判断重定向策略的好坏。实验结果表明，本发明所提出的快速重定向策略具有时延低的优势，并且重定向后对组播拓扑变化影响较小。
[0041]如图1所示，本发明实施例移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向方法，包括以下步骤:
[0042]S1、在组播节点加入组播系统时，为其设置备份父节点，并注册到该组播节点的家族表中；
[0043]S2、对组播系统中的各个组播节点进行检测，在其中一个组播节点将要发生故障时，通知其孩子节点，以使孩子节点通过备份父节点进行快速重定向；
[0044]S3、重定向完成后，对受影响的组播节点进行家族表的更新，以保证组播节点备份父节点的有效性。
[0045]其中步骤SI在选取备份父节点时，主要根据组播节点加入过程中的时延和度约束，在其父节点的兄弟节点或者其祖父节点中择优选取，具体包括:[0046]S11、根据父节点的家族表，获取节点最近的祖先节点及家族表；
[0047]S12、根据所获取的祖先节点的家族表，向其祖先节点和父节点的兄弟节点发送Ping消息来获取时间戳；
[0048]S13、根据所获取的时间戳，取时延最小的节点作为节点的备份父节点。
[0049]进一步地，步骤S2中，将要发生故障的组播节点在通知其孩子节点后，其孩子节点向子节点发送抑制告警消息，并通过家族表查找备份父节点并发送重定向消息；当孩子节点的备份父节点收到重定向消息时，如果连接的孩子节点个数未达到其度约束限制，则分担数据的转发任务，否则交付给其父节点或者其他孩子节点完成重定向。
[0050]本发明的一个较佳实施例中，该方法还包括步骤:S4、对组播系统的快速重定向策略进行评价。
[0051]步骤S4具体包括:
[0052]S41、在组播系统发生故障前，对组播树的拓扑结构进行向量化，节点的出度数作为该节点向量化后的维度；
[0053]S42、在节点完成重定向后，再次对整个组播树的拓扑结构进行向量化；
[0054]S43、根据相似度计算公式计算故障前后，组播树的拓扑结构的相似度，从而判断重定向策略的好坏。
[0055]本发明的一个较佳实施例中，本发明移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向方法中，在进行备份父节点的选取包括节点的家族表的设计和备份父节点选取算法。
[0056]家族表的设计，除了保存父节点和子节点的信息外，还保存备份父节点信息，如下表1所示。
[0057]表1带有备份父节点的家族表
【权利要求】
1.一种移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、在组播节点加入组播系统后，为其设置备份父节点，并注册到该组播节点的家族表中； 52、对组播系统中的各个组播节点进行检测，在其中一个组播节点将要发生故障时，通知其孩子节点，以使孩子节点通过备份父节点进行快速重定向； 53、重定向完成后，对受影响的组播节点进行家族表的更新，以保证组播节点备份父节点的有效性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤SI在选取备份父节点时，主要根据组播节点加入过程中的时延和度约束，在其父节点的兄弟节点或者其祖父节点中择优选取，具体包括: SI 1、根据父节点的家族表，获取节点最近的祖先节点及家族表； 512、根据所获取的祖先节点的家族表，向其祖先节点和父节点的兄弟节点发送Ping消息来获取时间戳； 513、根据所获取的时间戳，取时延最小的节点作为节点的备份父节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，将要发生故障的组播节点在通知其孩子节点后，其孩子节点向子节点发送抑制告警消息，并通过家族表查找备份父节点并发送重定向消息；当孩子节点的备份父节点收到重定向消息时，如果连接的孩子节点个数未达到其度约束限制，则分担数据的转发任务，否则交付给其父节点或者其他孩子节点完成重定向。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括步骤: 54、对组播系统的快速重定向策略进行评价。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括: 541、在组播系统发生故障前，对组播树的拓扑结构进行向量化，节点的出度数作为该节点向量化后的维度； 542、在节点完成重定向后，再次对整个组播树的拓扑结构进行向量化； 543、根据相似度计算公式计算故障前后，组播树的拓扑结构的相似度，从而判断重定向策略的好坏。
6.一种移动应用层组播中基于父节点备份机制的快速重定向系统，其特征在于，包括: 备份父节点选取模块，用于在组播节点加入组播系统后，为该组播节点设置备份父节点，并注册到该组播节点的家族表中； 备份父节点重定向模块，用于对组播系统中的各个组播节点进行检测，在其中一个组播节点将要发生故障时，通知其孩子节点，以使孩子节点通过备份父节点进行快速重定向；在重定向完成后，对受影响的组播节点进行家族表的更新，以保证组播节点备份父节点的有效性。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，备份父节点选取模块在选取备份父节点时，主要根据组播节点加入过程中的时延和度约束，在其父节点的兄弟节点或者其祖父节点中择优选取；备份父节点选取模块具体用于根据父节点的家族表，获取节点最近的祖先节点及家族表；根据所获取的祖先节点的家族表，向其祖先节点和父节点的兄弟节点发送Ping消息来获取时间戳；根据所获取的时间戳，取时延最小的节点作为节点的备份父节点。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统还包括: 重定向策略评价模块，用于对组播系统的快速重定向策略进行评价。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述重定向策略评价模块具体用于在组播系统发生故障前，对组播树的拓扑结构进行向量化，节点的出度数作为该节点向量化后的维度；在节点完成重定向后，再次对整个组播树的拓扑结构进行向量化；根据相似度计算公式计算故障前后，组 播树的拓扑结构的相似度，从而判断重定向策略的好坏。
【文档编号】H04W4/06GK103916822SQ201410144152
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】崔建群, 叶咏佳, 倪敏, 赵娟娟, 常亚楠, 高宽, 黄枫, 张文琳, 马亮, 江波 申请人:华中师范大学