[发明专利]面向MSVMT问题的两阶段分布式应用层组播方法

说明书

技术领域

本发明涉及面向P2P数据分发应用的分布式应用层组播方法，该方法是面向针对P2P视频直播应用特点的MSVMT问题的分布式应用层组播方法。

背景技术

应用层组播的核心思想是在所有参与节点之间，构建应用层之上的树型逻辑拓扑结构。树的根节点是数据源，树上每个节点在接收数据的同时转发数据，通过每个父一子节点对的单播转发形成组播。如图1所示。

视频直播应用存在延迟敏感、实时约束、存在大量并发且不断连续的用户请求三个特点。本发明设计了最大节点数的组播树MSVMT(Maximum Sum ofVertices Multicast Tree)问题，即延迟和出度受限下的节点数最大化问题，该问题是针对视频直播应用的特点设计的。延迟上限由用户按需指定，而出度上限是节点能力的内在约束，即它能服务的节点个数受到接入带宽，计算能力等自身能力的限制。

在动态分布环境中，分布式应用层组播方法较为复杂，节点频繁的加入/离开操作、节点及网络链路的异常变化使得组播树极为动态。为适应系统的动态性，节点通常自组织成物理网络之上的覆盖网络，该覆盖网络通常把节点组织成两个逻辑拓扑：控制拓扑和数据传输拓扑。控制拓扑主要用来在节点间周期性地交换心跳信息、刷新信息和网络拓扑探测信息等控制信息，以便发现并处理节点的非法离开、状态更新和拓扑信息变化对拓扑的影响。数据传输拓扑通常是控制拓扑的一个子集，用来表明数据包多点传输时的转发路径，构成转发树。

根据构建控制拓扑和数据传输拓扑的顺序，可以将目前分布式应用层组播方法分为：基于树优先的应用层组播、基于网眼mesh优先的应用层组播和基于隐含构建的应用层组播。基于mesh构建的应用层组播和基于隐含构建的应用层组播的可扩展性都较差。基于树优先的应用层组播方法的思想是：节点直接在节点集合内挑选父节点，从而自治地构成组播树，即构成数据传输拓扑。而每个组成员会按管理原则与组播树中某些节点保持控制连接，组播树与这些额外连接相加就构成控制拓扑。这种构建方法构建简单、可扩展性好、健壮性好、用户自主性强、可实现按需构建。基于树优先的应用层组播方法也存在一些问题，如：节点加入过程需要从根节点开始由上至下轮询组播树，靠近根节点的上层节点负载重，而靠近叶节点的下层节点负载轻，这样导致负载不平衡的问题；选择最优父节点的策略简单，利用的拓扑信息有限，一般都是单独以延迟或带宽作为评价函数；不具备面向组播树的构建来分析、优化从控制拓扑感知的物理网络拓扑信息的能力，对组播树的优化比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对基于树优先的分布式应用层组播构建方法存在负载不平衡、最优父节点选择不合理、组播树优化比较困难的缺陷，提出了一个面向MSVMT问题的，采用保持负载平衡的节点加入方法，采用能选择综合权衡延迟和出度的PPAF(Powerful Propagating Ability First)启发式，采用基于三角法则的主干拓扑构建方法的树优先分布式应用层组播构建方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：面向MSVMT问题的两阶段树优先分布式应用层组播构建方法LiveStream。包括如下三个分布式步骤：

1)节点加入：分为两个阶段，即对应视频直播开始之前的初始构建阶段ICP(Initial Construction Phase)和开始之后的正式构建阶段FCP(FormalConstruction Phase)；

a)ICP阶段：把在视频直播开始之前请求加入覆盖网络的节点合理地组织起来；

i)初始主干拓扑构建子阶段：请求节点首先获取可选节点集合，这通过借助RP(rendezvous point)方法来获取一个固定大小的可选节点集合实现，这个集合中的节点已经加入到组播树中。之后不断利用绝对三角法则寻找前后向邻居节点，最终形成以源节点为中心的类似星型的有向图的主干拓扑；

ii)初始数据传输拓扑构建子阶段：在视频直播即将开始之前的某时刻t，源节点启动初始数据传输拓扑构建子阶段，开始从以源节点为根节点的组播树上由上至下地选择基于PPAF启发式最优、且满足MSVMT问题约束条件的子节点加入到组播树中；

b)FCP阶段：在视频直播开始之后，请求节点一旦找到一个符合相对三角法则的邻居节点，就执行加入操作，同时加入到主干拓扑和数据传输拓扑中；