專(zhuān)利名稱(chēng)：一種p2p直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信，更具體地說(shuō)，涉及一種采用樹(shù)狀或樹(shù)形/網(wǎng)狀混合拓?fù)涞腜2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒ā?br> 背景技術(shù)：
據(jù)調(diào)查，目前因特網(wǎng)上70%的流量 是P2P應(yīng)用，在P2P架構(gòu)中，共享的資源可以直接交換，不需要集中服務(wù)器的中轉(zhuǎn)和參與，同時(shí)P2P系統(tǒng)對(duì)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定和可變連通性具有良好的容錯(cuò)能力，并保持良好的可靠性。當(dāng)前，P2P直播覆蓋網(wǎng)是大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)電視的主要分發(fā)方式，P2P直播覆蓋網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大體上可以分為四種模式(I)單純模仿IP組播樹(shù)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)了多棵樹(shù)的互補(bǔ)分發(fā)。(2)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)以自己為中心，在數(shù)據(jù)需求驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)去拉數(shù)據(jù)，這樣形成沒(méi)有明確拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。(3)將樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的高效性和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的魯棒性相結(jié)合，形成混合結(jié)構(gòu)。(4)節(jié)點(diǎn)管理覆蓋網(wǎng)與數(shù)據(jù)分發(fā)覆蓋網(wǎng)各自組織，以節(jié)點(diǎn)管理引導(dǎo)數(shù)據(jù)分發(fā)。早期的P2P直播覆蓋網(wǎng)組播通常采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，如NICE，ESM系統(tǒng)。此類(lèi)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分發(fā)采用推的方式，額外開(kāi)銷(xiāo)小，時(shí)延較短，Bullet則利用多顆樹(shù)互補(bǔ)的方式，提高了分發(fā)的速度。AnySee較早地在網(wǎng)狀的節(jié)點(diǎn)管理拓?fù)渖辖⒍嗫脭?shù)據(jù)分發(fā)樹(shù)，并且在多棵分發(fā)樹(shù)之間進(jìn)行傳輸資源的互補(bǔ)優(yōu)化。但是由于節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)性引起的結(jié)構(gòu)維護(hù)困難，導(dǎo)致樹(shù)狀結(jié)構(gòu)覆蓋網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。DONet (Data-driven Overlay Network)是通過(guò)構(gòu)建純粹的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分發(fā)，無(wú)需構(gòu)建復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)基于DONet協(xié)議的實(shí)時(shí)流媒體播放系統(tǒng)CoolStreaming，其出色的播放效果、較低的延遲已經(jīng)在實(shí)際運(yùn)行中得到了證實(shí)和肯定。其他得以大規(guī)模應(yīng)用的系統(tǒng)，如 PPLive, PPStream, UUSee, GridMedia, Sopcast, TVants 等，也在數(shù)據(jù)調(diào)度中使用了類(lèi)似的方法。DONet數(shù)據(jù)調(diào)度主要采用拉的方式，為此節(jié)點(diǎn)間需要頻繁地交換緩沖映射圖(BM)，導(dǎo)致其額外的帶寬消耗較大，時(shí)延也較長(zhǎng)。為了克服拉模式的不足，又出現(xiàn)了推拉結(jié)合的混合分發(fā)模式，在拉的過(guò)程中建立局部樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行推的方式。推的方式中為避免葉子節(jié)點(diǎn)上傳帶寬得不到利用，往往采用多子流(Substream),即在多顆樹(shù)上同時(shí)傳輸?shù)姆椒?。除了在?shù)據(jù)分發(fā)中進(jìn)行樹(shù)狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的混合使用，還存在節(jié)點(diǎn)管理和數(shù)據(jù)分發(fā)中使用不同結(jié)構(gòu)的混合模式。而在AnySee2中，采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)監(jiān)控和管理，采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行流媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎQ(chēng)為T(mén)CMM(Tree-Control-Mesh-Media)。綜上所述，為了利用樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高效率和低時(shí)延的優(yōu)點(diǎn)，又要避免因?yàn)楣?jié)點(diǎn)頻繁加入退出而引起的拓?fù)渚S護(hù)成本過(guò)高的缺陷，需要一種優(yōu)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其即具有良好的魯棒性和可靠性，又能提高覆蓋網(wǎng)的穩(wěn)定性并降低直播的時(shí)延。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒ǎ昧藰?shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高效率和低時(shí)延的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免采用樹(shù)狀拓?fù)鋾r(shí)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)頻繁加入退出引起的拓?fù)渚S護(hù)成本過(guò)高的問(wèn)題。本發(fā)明提供一種P2P直播 覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，所述可靠性最?yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒ò?I)在所述P2P直播覆蓋網(wǎng)中根據(jù)出度和可靠性選取骨干節(jié)點(diǎn)；(2)根據(jù)骨干節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和平均出度計(jì)算出度權(quán)重?cái)?shù)組的長(zhǎng)度；(3)按照步驟⑵中所述出度權(quán)重?cái)?shù)組的長(zhǎng)度，隨機(jī)產(chǎn)生一組出度權(quán)重?cái)?shù)組，將所述的隨機(jī)產(chǎn)生的一組出度權(quán)重?cái)?shù)組作為初始種群；(4)對(duì)于所述初始種群中每個(gè)個(gè)體構(gòu)造相應(yīng)的樹(shù)拓?fù)?，并?jì)算每棵樹(shù)拓?fù)涞乃泄?jié)點(diǎn)的累積可靠性之和；(5)將步驟(4)所述初始種群或步驟(6)所述的初始種群作為進(jìn)化種群，對(duì)所述進(jìn)化種群的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行復(fù)制并變異，形成變異種群；根據(jù)所述變異種群每個(gè)個(gè)體構(gòu)造相應(yīng)的樹(shù)拓?fù)?，并?jì)算每棵樹(shù)拓?fù)涞乃泄?jié)點(diǎn)的累積可靠性之和。(6)將所述進(jìn)化種群與所述變異種群所有個(gè)體對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的累積可靠性之和進(jìn)行遞減排序，選擇排序在前的一半個(gè)體作為新一輪進(jìn)化的初始種群；(7)對(duì)于步驟(6)中產(chǎn)生的所述新一輪進(jìn)化的初始種群，進(jìn)行是否滿足進(jìn)化結(jié)束條件的判斷，如果不滿足所述進(jìn)化結(jié)束條件，重復(fù)執(zhí)行步驟(5)到步驟(7)，直到滿足進(jìn)化結(jié)束條件為止；(8)步驟(7)中滿足進(jìn)化結(jié)束條件的所述新一輪進(jìn)化的初始種群，即為可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)?。?yōu)選的是，所述出度權(quán)重?cái)?shù)組的長(zhǎng)度是所述樹(shù)狀拓?fù)涞淖畲笊疃?。?yōu)選的是，所述滿足進(jìn)化結(jié)束條件為所有節(jié)點(diǎn)的累積可靠性之和的最大值、平均值的變化小于閾值或者所述滿足進(jìn)化結(jié)束條件為進(jìn)化代數(shù)達(dá)到上限。優(yōu)選的是，所述節(jié)點(diǎn)的累積可靠性的計(jì)算方法，包括(I)所述樹(shù)拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)的累積可靠性即為其自身可靠性；(2)從步驟(I)中所述根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，廣度遍歷所有孩子節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)按步驟
(3)計(jì)算其累積可靠性；(3)所述節(jié)點(diǎn)的自身可靠性乘以其雙親節(jié)點(diǎn)的累積可靠性作為所述節(jié)點(diǎn)的累積可靠性。優(yōu)選的是，在所述P2P直播覆蓋網(wǎng)中根據(jù)出度和可靠性選取骨干節(jié)點(diǎn)中，所述出度大于流媒體速率，所述可靠性大于可靠性閾值的節(jié)點(diǎn)被選取為骨干節(jié)點(diǎn)。優(yōu)選的是，所述可靠性閾值通過(guò)設(shè)定固定值實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的是，所述可靠性閾值通過(guò)指定骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)量占總節(jié)點(diǎn)數(shù)量中的比例實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的是，根據(jù)所述選取的骨干節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和平均出度，通過(guò)公式
權(quán)利要求
1.一種P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒ǎ隹煽啃宰顑?yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒ò? (1)在所述P2P直播覆蓋網(wǎng)中根據(jù)出度和可靠性選取骨干節(jié)點(diǎn)； (2)將所述選取的骨干節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和平均出度計(jì)算出度權(quán)重?cái)?shù)組的長(zhǎng)度； (3)按照步驟(2)中所述出度權(quán)重?cái)?shù)組的長(zhǎng)度，隨機(jī)產(chǎn)生一組出度權(quán)重?cái)?shù)組，將所述的隨機(jī)產(chǎn)生的一組出度權(quán)重?cái)?shù)組作為初始種群； (4)對(duì)于所述初始種群中每個(gè)個(gè)體構(gòu)造相應(yīng)的樹(shù)拓?fù)?，并?jì)算每棵樹(shù)拓?fù)涞乃泄?jié)點(diǎn)的累積可靠性之和； (5)將步驟(4)所述初始種群或步驟(6)所述的初始種群作為進(jìn)化種群，對(duì)所述進(jìn)化種群的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行復(fù)制并變異，形成變異種群；根據(jù)所述變異種群每個(gè)個(gè)體構(gòu)造相應(yīng)的樹(shù)拓?fù)?，并?jì)算每棵樹(shù)拓?fù)涞乃泄?jié)點(diǎn)的累積可靠性之和。
(6)將所述進(jìn)化種群與所述變異種群所有個(gè)體對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的累積可靠性之和進(jìn)行遞減排序，選擇排序在前的一半個(gè)體作為新一輪進(jìn)化的初始種群； (7)對(duì)于步驟(6)中產(chǎn)生的所述新一輪進(jìn)化的初始種群，進(jìn)行是否滿足進(jìn)化結(jié)束條件的判斷，如果不滿足所述進(jìn)化結(jié)束條件，重復(fù)執(zhí)行步驟(5)到步驟(7)，直到滿足進(jìn)化結(jié)束條件為止； (8)步驟(7)中滿足進(jìn)化結(jié)束條件的所述新一輪進(jìn)化的初始種群，即為可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)洹?br> 其特征在于，所述出度權(quán)重?cái)?shù)組的長(zhǎng)度是所述樹(shù)狀拓?fù)涞淖畲笊疃龋? 所述滿足進(jìn)化結(jié)束條件為所有節(jié)點(diǎn)的累積可靠性之和的最大值、平均值的變化小于閾值或者所述滿足進(jìn)化結(jié)束條件為進(jìn)化代數(shù)達(dá)到上限。
2.一種如權(quán)利要求I所述的P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，其中，所述?jié)點(diǎn)的累積可靠性的計(jì)算方法，包括 (1)所述樹(shù)拓?fù)涞母?jié)點(diǎn)的累積可靠性即為其自身可靠性； (2)從步驟(I)中所述根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，廣度遍歷所有孩子節(jié)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)按步驟(3)計(jì)算其累積可靠性； (3)所述節(jié)點(diǎn)的自身可靠性乘以其雙親節(jié)點(diǎn)的累積可靠性作為所述節(jié)點(diǎn)的累積可靠性。
3.—種如權(quán)利要求I所述的P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，其中，在所述P2P直播覆蓋網(wǎng)中根據(jù)出度和可靠性選取骨干節(jié)點(diǎn)中，所述出度大于流媒體速率，所述可靠性大于可靠性閾值的節(jié)點(diǎn)被選取為骨干節(jié)點(diǎn)。
4.一種如權(quán)利要求3所述的P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，其中，所述可靠性閾值通過(guò)設(shè)定固定值實(shí)現(xiàn)。
5.一種如權(quán)利要求3所述的P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，其中，所述可靠性閾值通過(guò)指定骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)量占總節(jié)點(diǎn)數(shù)量中的比例實(shí)現(xiàn)。
6.一種如權(quán)利要求I所述的P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，其中，根?jù)所述選取的骨干節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和平均出度，通過(guò)公式
7.—種如權(quán)利要求I所述的P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，其中，所述?gòu)造相應(yīng)的樹(shù)拓?fù)涞姆椒?，包? (1)按照前后次序獲取出度權(quán)重?cái)?shù)組的元素，對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行步驟(2)到步驟(3)的處理，直到所有節(jié)點(diǎn)加入到樹(shù)中； (2)根據(jù)所述數(shù)組元素計(jì)算所有未加入樹(shù)的節(jié)點(diǎn)的加權(quán)可靠性，并進(jìn)行從高到低的排序; (3)根據(jù)所述的節(jié)點(diǎn)加權(quán)可靠性排序結(jié)果，將排序在前的節(jié)點(diǎn)逐個(gè)加入到樹(shù)中。如果樹(shù)中沒(méi)有節(jié)點(diǎn)，則只取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為根，否則將節(jié)點(diǎn)加到原有樹(shù)的葉子節(jié)點(diǎn)上，直到用盡所有葉子節(jié)點(diǎn)的出度或者沒(méi)有待加入節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒?，包括通過(guò)分層出度加權(quán)將P2P直播覆蓋網(wǎng)的骨干節(jié)點(diǎn)的出度和可靠性轉(zhuǎn)換為加權(quán)可靠性，用加權(quán)可靠性作為排序依據(jù)逐層構(gòu)造樹(shù)狀核心拓?fù)?；用進(jìn)化規(guī)劃算法對(duì)分層權(quán)重?cái)?shù)組進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)化過(guò)程中以所有節(jié)點(diǎn)的累積可靠性之和作為進(jìn)化指標(biāo)，求解得到可靠性最優(yōu)的樹(shù)拓?fù)?。本發(fā)明所述的P2P直播覆蓋網(wǎng)的可靠性最優(yōu)樹(shù)狀核心拓?fù)淝蠼夥椒ㄌ岣吡薖2P直播覆蓋網(wǎng)的穩(wěn)定性，降低了直播時(shí)延。
文檔編號(hào)H04L12/44GK102624596SQ20121012653
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者翁建廣, 賈曉雯, 鄒雪蘭, 黃暑娟 申請(qǐng)人:浙江傳媒學(xué)院