CN101009563A

CN101009563A - 内容交换网络

Info

Publication number: CN101009563A
Application number: CN 200610001572
Authority: CN
Inventors: 李祖鹏; 范昂; 罗予晋; 黄景楠
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: CN100473007C

Abstract

本发明提供了一种新型的内容交换网络。该内容交换网络包括多个节点，其中，当任一节点发布内容时，该内容发布节点将其标识信息实时发送给需求该内容的内容需求节点，内容需求节点根据其接收的标识信息，从内容发布节点获得该节点发布的内容。

Description

内容交换网络

技术领域

本发明涉及一种通信系统，特别涉及一种内容交换网络。

背景技术

内容交换网络(Content Switch Network)是NGN(下一代网络)技术研究领域的一项热点技术。随着网络技术的发展，分布在世界各地的计算机、无线终端等设备上的内容均可被网络用户相互共享，内容资源不断扩展，人们对内容交换的需求也在不断增长。内容交换涉及很多方面，比如网络架构，内容分发、获取和交换方式等。从应用现状而言，目前的内容交换网络架构并不能很好的适应这种需求增长。

首先，从网络架构而言，现有的内容交换系统有以下几种类型：

(1)客户机/服务器(C/S)方式：

该技术具有如下缺陷：(a)C/S模式下网络服务器的维护开销非常大，而且总是成为内容传输的瓶颈；(b)随着个人终端能力的不断提高，这种模式严重阻碍了个人终端能力的有效发挥；(c)该模式在很大程度上限制了用户的行为自由，给用户发布和交换的原创性数据内容带来了不便。

(2)对等网络(P2P)方式：

对等网络(P2P)方式包括如下三种方案：以Napster模型为代表的第一代P2P网络模型、以Gnutella模型为代表的第二代P2P网络模型、以Pastry模型为代表的第三代结构化P2P网络模型

以Napster模型为代表的第一代P2P网络模型具有如下缺陷：(a)中央服务器的瘫痪容易导致整个网络的崩溃，可靠性和安全性较低；(b)随着网络规模的扩大，对中央目录服务器进行维护和更新的费用将急剧增加，所需成本过高。

以Gnutella模型为代表的第二代P2P网络模型具有如下缺陷：(a)内容定位过程比较复杂(b)在搜寻内容时以扩散的方式将消息散布在网络上，这会造成消息的泛滥，也使得系统的可扩展性无法提升。

以Pastry模型为代表的第三代结构化P2P网络模型具有如下缺陷：(a)由于在架构上使用单一的哈希映射，未考虑多节点的协同并行处理，因此无法根据用户的内容需求形成有效的下载群组，大大降低了内容传输效率；(b)在内容构建过程中没有考虑网络物理拓扑架构，内容下载者和内容提供者间存在绕路(Detouring)问题，增大了网络流量并降低了内容传输速度；(C)由于完全分布式结构下没有一个节点可以对网络进行控制和管理，因此网络处于一种无政府状态。

另一方面，从用户获取内容方式而言，现有的内容交换系统通常采用以下几种类型：

(1)基于用户查找的内容获取方式(用户通过门户网站或者搜索引擎进行内容查找，并基于链接进行内容的下载)：

该技术具有如下缺陷：(a)内容拥有者(即服务器)被动的提供内容，等待用户查找和下载，无法主动向所有感兴趣的用户推送内容；(b)用户搜索内容的过程比较烦琐，且每次需要某个内容时都必须登录或者连接到每个固定的网站或服务器，一旦到该网站或服务器的地址丢失，则无法获取相应内容。

(2)基于RSS(Really Simple Syndication，简易信息聚合)订阅的内容获取方式：

该技术具有如下缺陷：(a)用户以轮询的方式探测更新内容会造成服务器的极大负担；(b)内容分发仍然采用基于服务器的集中架构，内容拥有者(即服务器)无法实时、主动地向所有订阅者推送内容；(c)该方式并没有为用户原创性数据内容提供有效的分发途径；(d)该内容分发模式仍然使用单点下载方式，没有根据用户对内容的需求形成有效的下载群组，从而使客户端无法协同地进行内容资源交换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的内容交换网络，以更好地适应网络带宽和个人终端能力的不断发展，满足人们日益增长的创造内容和交换内容的需求。

依照本发明的内容交换网络，其包括多个节点，其中，当任一节点发布内容时，该内容发布节点将其标识信息发送给需求该内容的内容需求节点，内容需求节点根据其接收的标识信息，从内容发布节点获得该节点发布的内容。

在本发明中，任一内容拥有者可以随时随地发布内容，所有内容均可以实时、主动地推送至需求用户，从而为包括用户原创性数据内容在内的各种内容提供了有效地分发和交换途径。

附图说明

图1为依照本发明的内容交换网络的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种新型的内容交换网络的实现方法，实现了分布式内容交换、基于用户需求的实时主动式内容推送和多用户协同内容传输等特性，并有效提高了内容交换网络的稳定性、可扩展性和内容传输效率。

如图1所示，依照本发明的内容交换网络包括全局注册服务器(GlobalRegister Server，GRS)，内容交换器(Content Switch，CS)和普通节点P。

GRS的功能类似DNS(Domain Name System，域名系统)根服务器，是一个全局数据库，主要负责存储和维护不同等级内容交换器的IP地址。CS充当每一个聚集群体(Cluster)的核心，本发明采用的是半集中式网络结构，CS主要功能在于为新加入节点初始化路由表提供导向作用。

在依照本发明的内容交换网络中，根据网络实际规模大小和物理拓扑结构划分为不同等级的自组织网络组群，在每一级的自组织网络中都有大量CS，每个CS本身也可以是网络中的一个普通节点。物理距离较近的节点通过向GRS发送CS查询消息的方式，在GRS的协助下被归并成组(即一个自组织网络组群)并连接至第一级CS，由其统一管理。该第一级CS可由普通节点基于能力(处理能力，存储能力和带宽等因素)进而决定是否升级成为一个CS。

相同的原理，物理距离较近的CS1将被归并成组并连接至第二级CS，由其统一管理，第二级CS的确定与第一级CS相同，依此类推。根据网络规模，顶级CS及其核心CS由管理人员架设的固定节点生成，作为对系统进行管理和调度的中间枢纽。在图1所示的例子中，CS1、CS2、CS3、CS4为第一级CS，CS5和CS6等为第二级CS，CS7为第三级CS。第二级CS、第三级CS以及更高级别的CS不参与数据的传输，仅起到构建结构化P2P覆盖层网络和管理下一级CS的作用。

当新的普通节点加入网络时，首先连接GRS，GRS将返回与该节点距离最近的CS列表，新节点将随机加入到列表中某个CS下。能力强的节点将自动升级成为一个新的CS，并向GRS发送注册消息，进行身份注册。

当有CS进入或退出网络时，该CS节点将采用现有的结构化P2P路由算法创建或更新本地哈希路由表，对本地存储的子节点映射信息进行调整和分配，并通知其它相关联CS进行路由表更新，以保证哈希环路的完整性。

采用哈希算法将CS节点的标志映射成一个长度为M位(M＝160)的二进制序列NID(Node ID)，并将其唯一分配给该CS。

此外，每个节点(包括CS)的内容需求也采用哈希算法映射成一个长度为M位的二进制序列RID(Requirement ID)。

普通节点用户将RID发送至其归属的CS节点，CS负责建立起下属子节点RID与其地址信息的映射关系。

CS将自己的本地需求RID及其所有子节点的RID信息连同该CS的NID一起路由至网络中NID大于且最接近于该RID的目标CS存储。

在图1的例子中，假设普通节点P1、P2和CS1的内容需求被分别映射为RID1，RID2和RID3。则，普通节点P1和P2将它们的RID1和RID2发送给CS1。CS1建立普通节点P1的RID1和其地址信息的映射关系，建立普通节点P2的RID2和其地址信息的映射关系。而且，CS1根据根据RID1的具体值，将P1的RID1连同CSI的NID1一起路由至NID大于且最接近于RID1的目标CS存储。CS1根据根据RID2的具体值，将P2的RID2连同CS1的NID1一起路由至NID大于且最接近于RID2的目标CS存储。CS1根据根据RID3的具体值，将CS的RID3连同CS1的NID1一起路由至NID大于且最接近于RID3的目标CS存储。

此外，每个用户(包括CS)发布的内容也采用哈希算法映射成一个长度为M位的二进制序列CID(Content ID)，网络中内容发布方式与内容需求的发布方式一致。每个CS的本地需求CID及其所有子节点的CID信息连同该CS的NID一起路由至NID大于且最接近于该CID的CS存储。由于RID和CID是利用同一种算法生成的，因此当RID等于CID时，则表示需求的内容就是发布的内容。

当然，上述的NID、RID和CID也可以由其他算法统一生成，但是采用哈希算法具有负载均衡、防止冲突以及保证可扩展性等优点。

从而，通过上面的处理，在任一CS中存储有其下属子节点RID与其地址信息的映射关系、其下属子节点CID与其地址信息的映射关系。而且，所有节点的RID以及具有该RID的节点归属的CS的NID皆存储在NID大于且最接近于该RID的CS中，所有节点的CID以及具有该CID的节点归属的CS的NID皆存储在NID大于且最接近于该CID的CS中。

而且，由于所有节点的CID皆存储在NID大于且最接近于该CID的CS中，所有所有节点的RID皆存储在NID大于且最接近于该RID的CS中，因此当节点(包括CS和普通节点P)发布相同的内容(CID)以及需求相同的内容(RID)时，这些节点的相关信息(包括CID、RID和其归属的CS的NID的对应关系)都由同一CS统一管理。

在每个CS中，以其存储的不同源CS的NID作为主索引，对其存储的RID和CID建立起多对多的映射关系，并针对每种映射关系构建不同的组播树。CID子集中的任何一个项目产生更新事件，都会触发对RID子集的应用层组播。该应用层组播将基于组播树对每个符合条件的匹配群组节点以应用层组播的方式将CID及其归属CS的NID信息主动推送至组播树中的每个内容需求节点。

内容需求节点在接收到主动推送的CID及该内容归属CS的NID信息后，将向发布内容的CS发送对该内容的下载请求。如果该CID对应于CS本地存储内容，CS将接受连接请求，内容请求节点将与该CS直接进行内容传输。如果该CID对应于一个CS的下属子节点内容，CS将会检索本地CID与子节点信息映射表，并将真实存储该内容的地址信息发送给内容请求节点。内容请求节点将与该子节点直接建立连接并进行内容传输。

例如，假设普通节点P1新发布内容CID11，且该CID11以及与该CID11对应CS1的NID1被路由至CS2存储，CS2下属的普通节点P3和CS3下属的普通节点P5的内容需求皆为RID11。则，CS2建立具有CID11的P1对具有RID11的P3和P5的组播树，并将该组播树发送给普通节点P1。普通节点P1根据该组播树发送其标识信息(包括该普通节点P1的CID11以及其归属的CS1的NID1)并通过需求该内容的节点所归属的CS转发给相应的内容需求节点。具体的，CS2根据标识信息中的CID11，检索与CID11相等的RID11和地址信息的对应关系，找到具有RID11的内容需求节点P3，并将该普通节点P1的标识信息转发给P3。同样，CS3将该该普通节点P1的标识信息转发给P5。接收到该标识信息的内容需求节点根据普通节点P1(内容发布节点)的标识信息获得普通节点P1的地址信息。具体的，P3和P5根据普通节点P1的标识信息中的NID1发送请求给CS1，CS1根据CID11查找存储在该CS1中的CID与地址信息的关系表，找到P1的地址信息，并将该地址信息发送给P3和P5。从而，P3和P5可以根据该地址信息建立与普通节点P1的连接，获得普通节点P1发布的内容。

基于CID和RID匹配关系的组播树物理拓朴结构是在每个用户节点发布RID需求消息的过程中动态创建的。当一个用户节点P1发布一个RID1时，该RID1将按照现有的结构化P2P路由算法被逐跳路由至NID大于且最接近于该RID1的节点P_R。在RID1发布消息被路由至某一跳中间节点P_i(0＜i＜logN，其中N为网络节点个数)时，节点P_i会自动检测自己是否已经是该RID1组播树的成员节点。如果不是，则节点Pi将在本地创建RID1组播树的记录，并将RID1发布消息经过的上一跳节点作为自己的RID1组播树的子节点，然后将该RID1发布消息继续路由至结构化P2P网络下一跳节点；如果是，则P_i将停止继续转发该RID1发布消息，直接将RID1发布消息的上一跳节点增加为自己的RID1组播树子节点。当一条RID1发布消息被路由至P_R时，基于RID1的组播树物理拓朴结构已经被完整生成，该组播树的根节点就是P_R；后续发起同样RID1需求的节点将根据其消息的发送路径动态、实时地生成为该组播树的叶子节点。

依照本发明的内容交换网络，任一内容拥有者可以随时随地发布内容，所有内容均可以实时、主动地推送至需求用户，从而为包括用户原创性数据内容在内的各种内容提供了有效地分发和交换途径。

在该新型内容交换系统架构中，创造性地提出了一系列网络配置、管理与优化算法及方案(包括基于物理拓扑的网络分层方法，基于DHT多点映射与组群划分的键值分配、存储和匹配原则等)，进一步提高了内容传输效率，同时保证了网络的鲁棒性和可扩展性。

本发明是结合了结构化P2P网络技术和应用层组播技术等技术而提出的。

因此，与现有技术相比，本发明取缔了主流C/S模式以服务器为中心的内容分发和交换模式，采用自主改进的分布式结构化P2P网络架构，避免了维护服务器的开销和单点崩溃等问题。本发明对现有结构化P2P网络(SON)的改进包括：通过基于物理距离的网络分层和组群划分方法，使内容交换尽量在物理距离较近的节点间完成，克服了SON的绕路(Detouring)问题，提高了网络传输效率；通过引入内容交换器(Content Switch)作为内容定位和分发的枢纽，保证了结构化P2P网络的稳定性和可管理性；取缔了结构化P2P内容交换模式的单一映射模式，根据网络物理拓扑和内容匹配关系动态的建立不同群组，在现有基于DHT的P2P网络架构基础上，提出一套独特的分配、存储和维护多对多需求匹配映射关系的方案，实现了基于内容的多节点交叉匹配和复用。

在用户内容获取方式上，取缔了基于RSS轮询和用户主动搜索资源的内容获取模式，内容被主动、实时地推送至所有需求的用户，极大地方便了用户发布原创性数据内容和获取自己感兴趣的内容，并开创了一种新型的内容服务模式。

虽然本发明已以较多的方式进行了表达，但并不是用以限定本发明，任何熟悉该技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可以做各种改动和润饰，因此本发明的保护范围当视专利申请范围所界定者为准。

Claims

1.一种内容交换网络，其包括多个节点，其中，

当任一节点发布内容时，该内容发布节点将其标识信息实时发送给需求该内容的内容需求节点，内容需求节点根据其接收的标识信息，从内容发布节点获得该节点发布的内容。

2.如权利要求1所述的内容交换网络，其中，

所述的多个节点包括普通节点和管理普通节点的CS，

每个CS的标识，所有节点的内容需求和发布内容皆利用同一算法分别映射为唯一标识CS，内容需求和发布内容的标识信息NID，RID和CID，

所述内容发布节点根据与其发布内容CID相匹配的RID来确定发送标识信息的目的地。

3.如权利要求2所述的内容交换网络，其中，

每个CS皆存储其下属的每个节点的RID、CID和其地址信息之间的对应关系。

4.如权利要求3所述的内容交换网络，其中，

所有节点的RID以及与RID对应的CS的NID皆存储在NID大于且最接近于该RID的CS中，

所有节点的CID以及与CID对应的CS的NID皆存储在NID大于且最接近于该CID的CS中。

5.如权利要求4所述的内容交换网络，其中，

所述内容发布节点归属的CS建立CID与RID的映射关系，并根据该映射关系建立组播树，内容发布节点根据来自该CS的组播树，发送其标识信息给与CID相对应的RID的内容需求节点。

6.如权利要求5所述的内容交换网络，其中，

所述内容发布节点发送的标识信息通过管理内容需求节点归属的CS转发给该内容需求节点。

7.如权利要求6所述的内容交换网络，其中，

所述内容发布节点发送的标识信息包括该发布内容的标识信息CID和管理该内容发布节点的CS的标识信息。

8.如权利要求7所述的内容交换网络，其中，

内容需求节点归属的CS根据RID和地址信息之间的对应关系，将来自内容发布节点的标识信息转发给具有与RID对应的地址的节点。

9.如权利要求8所述的内容交换网络，其中，

当接收到内容发布节点的标识信息后，内容需求节点根据标识信息中的CS标识信息，向该CS发出请求，请求与具有标识信息中包含的CID的、该CS管理的节点连接。

10.如权利要求2-9任一项所述的内容交换网络，其进一步包括：

管理所述CS的上层CS。

11.如权利要求2-9任一项所述的内容交换网络，其进一步包括：

归属于同一CS下的普通节点为物理距离上接近的节点。