CN101090367B - 一种对等网络中的数据传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对等网络中的数据传输方法及装置，以解决对等网络中的数据传输延迟较长而造成客户端直播画面不连续的问题。所述方法包括：在同一时间段内，所述对等网络中的服务器结点将同一数据块传输给所有的客户端结点；其中，客户端结点B向结点A发送预约请求，请求中包含结点B所需的数据块信息；结点A与结点B建立预约关系；结点A自动将结点B需要的数据块传输给结点B。所述方法使直播网络中每个数据块在实际传播之前，所有等待接收该数据块的结点已建立好数据块的预约下载关系，若数据块传播树每增加一层，带来的传输延迟非常小。当P2P网络在线人数比较多、直播网络的规模很大的时候，传输延迟仍然对用户端的接收和播放影响很小。

Description

一种对等网络中的数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及数据传输技术，特别是涉及一种对等网络中的数据传输方法及装置。

背景技术

在目前的各种网络应用中，许多网络服务需要使用点对点技术(peer-to-peer，简称P2P)。P2P又称为对等互联网络技术，是一种用于不同PC(Personal Computer的缩写，也就是个人计算机)用户之间，不经过中继设备直接交换数据或服务的技术。在P2P网络中，PC用户可以直接连接到其他用户的计算机，而不需要连接到服务器上再进行浏览与下载。

在互联网上提供在线实时流媒体直播的服务即采用P2P技术，该P2P网络由许多P2P结点构成，这些结点包括在线用户(即客户端)和服务器，其中每个结点都和一部分其他结点相连接。当进行在线直播服务时，服务器结点将实时流媒体数据封装成多个数据块，并通过一个数据驱动的P2P网络将这些数据块传输给每一个在线客户端。

所述数据驱动的P2P网络具有以下特点：其一，与P2P结点相连接的结点称为该P2P结点的邻居，每一个P2P结点周期性地与它的邻居交换数据块可用性信息；其二，每一个P2P结点从它的邻居结点索取和接收自己所没有的数据块，并将自己所拥有的数据块发送给向自己索取的邻居，即主要由数据块的接收方决定数据块的传播路径，且每一个数据块的传播路径可能不同。

对于一个数据块，每一个结点只能从一个其它结点获取，所述其他结点或者是服务器结点，或者是其他的客户端结点。如果把数据的发送端和接收端之间连成一条线，针对这个特定的数据块，所有结点就会形成一棵以服务器结点为根的树，称为数据块传播树。

举例说明，如图1所示，是P2P网络中结点之间的数据传输流程图。在一个数据驱动的P2P网络中，结点A与结点B互为邻居，B向A获取一个数据块的过程如下：

步骤101，别的某个结点将整个数据块传输给A，即A拥有了该数据块；

步骤102，通过结点间的周期性数据块可用性信息交换，B得知A拥有该数据块；

步骤103，B决策向A获取该数据块；

步骤104，B向A发送获取该数据块的请求；

步骤105，A收到B的索取请求后，将该数据块发送给B。

在所述结点B向结点A获取一个数据块的过程中，A与B之间的每一次通讯都需要花费时间。假设一个数据块的大小为1秒(是指客户端在实时播放流媒体数据时，连续播放1秒所接收的数据量大小)，A向B的传输带宽为码率的1/8(即传输1秒数据需要8秒)，A与B之间的RTT(Round-Trip Time，往返时延，即发送端和接收端之间往返通讯所需要的时间)为0.1秒，网络中数据块可用性信息交换的周期为4秒，则以上各步骤的耗时为：

步骤101，未知，A与B之间的传输延迟是以(a)结束时开始计时；

步骤102，A获取数据块之后，可能在0～4秒后通知B，假设期望延时为2秒；A发出通知到B收到通知为半个RTT，所以步骤102总的期望耗时为2.05秒。

步骤103，认为不耗时；

步骤104，半个RTT，为0.05秒；

步骤105，传输耗时，8秒+半个RTT，为8.05秒；

以上结点间传输一个数据块的时间总共为10.15秒(所述时间仅作为举例说明)。因此，在数据块传播树中，每增加一个层级(即树型结构的层级)的结点，数据块传输到该结点就需要增加10.15秒。将一个数据块从一个结点传到另一个结点所需的时间称为传输延迟，上述过程的级间传输延迟为10.15秒。

当P2P网络在线人数比较多的时候，对每一个数据块都会形成一棵深度较大的数据块传播树，如果数据块在每一级的传输都需要较长的时间，则累计延迟会随深度的增加而正比增加，使得处于树叶的结点与服务器结点之间的传输延迟很大。在进行实时性要求很高的网络直播(如球赛)时，如果客户端的播放时间点与直播的实际当前时间差距太大，会造成播放画面的不连续，给用户带来很差的用户体验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对等网络中的数据传输方法及装置，以解决对等网络中的数据传输延迟较长而造成客户端直播画面不连续的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术方案：

一种对等网络中的数据传输方法，包括：

客户端结点B向结点A发送预约请求，请求中包含结点B所需的数据块信息；

结点A与结点B建立预约关系，所述预约关系是树型结构中的父子关系；

结点A从其他结点接收所述数据块在传输过程中被分成的一部分，将当前接收到的所述数据块的一部分同步地传输给结点B，直到将所述数据块的数据全部传输给节点B。

优选的，具有预约关系的结点之间形成传输路径；服务器结点将所有的数据块分组，每组数据块按照不同的路径传输。

其中，结点A将同路的数据块自动发送给结点B。

其中，结点B同时与多个结点建立预约关系，从不同结点接收不同路的数据块。

其中，结点B首次随机选取结点A建立预约关系；若结点B需要重新建立预约，则查找发送同路的上一个数据块的结点，并与该结点建立同路的下一个数据块的预约关系。

优选的，所述数据块按照以下分组规则进行分组：将数据块按照从小到大的自然数顺序编号，编号除以任一自然数后余数相同的数据块分为一组。

一种在对等网络中传输数据的客户端装置，安装在客户端结点运行，所述客户端装置包括：

预约单元，用于向网络中的结点C发送预约请求，请求中包含自己所需的数据块信息，与结点C建立预约关系；接收结点D发来的预约请求，与结点D建立预约关系，其中，，所述预约关系是树型结构中的父子关系，结点D发来的预约请求中包含结点D所需数据块信息；

传输单元，用于从结点C自动接收所需数据块在传输过程中被分成的一部分，将当前接收到的该数据块的一部分同步地传输给结点D，直到将该数据块的数据全部传输给节点D。

优选的，具有预约关系的结点之间形成传输路径；服务器结点将所有的数据块分组，每组数据块按照不同的路径传输。

其中，所述传输单元从结点C自动接收同路的数据块，并自动发送给结点D。

其中，所述传输单元同时从多个结点接收不同路的数据块，并同时向多个结点发送不同路的数据块。

其中，所述预约单元首次随机选取结点C建立预约关系；若需要重新建立预约，则查找发送同路的上一个数据块的结点，并与该结点建立同路的下一个数据块的预约关系。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

在P2P直播网络的数据传输过程中，每个作为数据接收方的结点都预约作为数据发送方的结点，每当数据发送结点从其他结点接收到数据块的一部分后，会立即发送给所述数据接收结点；这样，在数据发送结点接收到全部数据块后不久，数据接收结点也接收到了全部数据块，结点间的传输延迟大大降低。而且，数据发送结点还会把后续的数据块自动发送给数据接收结点，每个结点在每次接收数据之前，就不必按照传统的方法进行周期性数据块可用性信息的交换，减少了结点间的传输时间。本发明实施例提供的传输方法，通过降低结点间的传输延迟和数据传输时间，将整个网络的数据传输延迟降低到很低的水平。

因此，直播网络中每个数据块在实际传播之前，所有等待接收该数据块的结点已建立好数据块的预约下载关系，若数据块传播树每增加一层，带来的传输延迟非常小。当P2P网络在线人数比较多、直播网络的规模很大的时候，传输延迟仍然很小，对用户端的接收和播放影响也很小。

附图说明

图1是现有技术所述P2P网络中结点之间的数据传输流程图；

图2是本发明实施例所述P2P直播网络中结点之间的数据传输流程图；

图3是本发明优选实施例所述P2P直播网络的数据传输示意图；

图4是本发明实施例所述在P2P网络中传输数据的客户端装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

针对P2P网络中的数据传输延迟问题，本发明实施例采用“预约下载”技术来降低结点间的数据传输延迟。“预约下载”是指作为数据接收方的结点与作为数据发送方的结点建立预约关系，这样每个数据块在实际传播之前，所有等待接收该数据块的结点已建立好数据块的预约下载关系，然后数据块沿着预约路线，从服务器结点一直传输到数据块传播树的叶子结点。其中，所述数据块传播树是用来描述数据块传输路径的一个概念，而且是在数据传输过程中随着结点之间建立的预约关系而形成。

“预约下载”技术充分结合了直播网络的特点，“直播”的特点是在同一时间段内，网络中的所有在线客户端结点都下载同一内容的流媒体数据，例如某场球赛直播，参与下载的客户端用户能够同步观看比赛。在直播网络中，客户端结点在同一时间段内会拥有相同的数据块，即各个客户端结点所拥有的数据块信息是同步变化的。所以，在“预约下载”技术中结点之间无需进行数据块可用性信息的交换，便可直接预约结点获取数据块。

参照图2，是P2P直播网络中结点之间的数据传输流程图。在P2P直播网络中，由于每个结点都和一部分邻居结点相连接，所以通常与邻居结点建立预约关系。假设结点A与结点B互为邻居，并且结点A和结点B都是客户端结点，通过“预约下载”技术结点B向结点A获取一个数据块的过程如下：

步骤201，B决策向A获取该数据块。此时，结点B无需知道结点A是否拥有自己所需的数据块，因为直播过程中所有的结点在同一时段都在下载相同的数据块；

步骤202，B向A发送预约请求，即B向A发送获取数据块的请求，请求参数中包含B所需的数据块信息；

步骤203，A向B返回请求响应，B与A建立预约关系，所述预约关系是一种树型结构中的父子关系，父结点是A，子结点是B。结点A和结点B分别拥有一张列表，用于记录与自己建立预约关系的结点信息和需要下载的数据块信息，建立预约时，结点A在自己的列表中记录需要向结点B发送哪些数据块，而结点B在自己的列表中记录需要从结点A接收哪些数据块；

步骤204，预约关系形成后，A开始从其他结点接收该数据块的一部分，并同步发送给B。直播下载时，结点A作为数据接收方，需要从与它建立预约关系的父结点处接收数据块，A同时作为数据发送方将该数据块同步传输给它的子结点B。在整个网络中，服务器结点将实时流媒体数据封装成多个数据块传输，而每个数据块在传输过程中，也被分成多个小的部分；

步骤205，步骤204循环执行多次后，A接收完数据块的最后一部分，并同步发送给B；

步骤206，B接收A发来的数据块的最后一部分，获取完成整个数据块。

举例说明上述传输过程，假设一个数据块被分成1000份，当结点A接收到第一份的时候，立即发送给结点B，并同时开始接收第二份数据。以此类推，当结点A接收完最后一份数据时，再经过一份数据的传输时间，结点B接收完最后一份数据后，也完成了整个数据块的获取过程。因此，在数据块传播树中，一个数据块从一个结点传输到另一个结点的传输延迟仅是步骤206花费的时间，即半个RTT+传输1/1000个数据块的时间，这个总的时间约等于半个RTT的时间。其中，所述传输延迟的计算是建立在已形成预约关系的基础上，即不包括建立预约关系的时间。

与现有技术的数据传输方法相比较，现有技术中的结点是在接收到整个数据块后才开始向另一个结点传输，而本发明实施例中的结点在接收到数据块的一部分后就同步发送。因此，整个数据块传播树中级间的传输延迟被大大降低。而且，每个结点在获取数据块之前，直接发送预约请求，而不需要与邻居周期性地进行数据块可用性信息的交换，从而有助于降低整个网络的传输延迟。

图2所示过程是客户端结点之间的传输流程，如果结点A是服务器结点，则结点A拥有所有的流媒体数据块，当与结点B建立预约关系后，结点A直接将数据块自动传输给结点B。

本发明优选的，服务器结点将所有的数据块分组，每组数据块并行向客户端结点传输，以便加快传输速度。具有预约关系的结点之间形成传输路径，每组数据按照不同的传输路径同时传输。例如，共有四组数据，分别在路径1、2、3、4上传输，因此允许一个结点同时与多个结点建立预约，同时属于多条传输路径，分别从1、2、3、4同时接收数据块。

例如，将数据块按照从小到大的自然数顺序编号，编号除以自然数x后余数相同的数据块分为一组，简称“模x同余”的数据块。如编号是a、a+x、a+2x、a+3x...的数据块组成一路，编号是b、b+x、b+2x、b+3x...的数据块组成另一路；其中，参数a和b为任意自然数。参见图3，某结点P同时与邻居结点C、D、E、F、G...共x个结点建立了预约关系，从结点C获取编号是a、a+x、a+2x、a+3x...为一组的数据块，从结点D获取编号是b、b+x、b+2x、b+3x...为一组的数据块，以此类推，所述结点P每次可同时接收x个数据块。当然，也可以按照其他规则进行数据块分组，本实施例在此不作限定。

本发明优选的，预约关系不仅存在于一个数据块的传输过程中，已建立预约关系的结点之间还可以自动传输后续的数据块，即在图2中结点A开始接收另一个数据块时，也会同步发送给结点B。但是，在以上数据块分组传输的方案中，每个结点只能把同路的数据块传输给下一级结点，例如结点C向结点P传完数据块a后，会自动传输数据块a+x、a+2x...；结点D向结点P传完数据块b后，会自动传输数据块b+x、b+2x...。因此，每个结点在与另一结点建立预约后，通常可以连续接收到多个同路的数据块，大大降低了数据传输延迟，从而提高了整个网络的传输速度。

在上述“预约下载”方案的说明中，存在一个预约前提，即同路的上一个数据块是从某结点预约获取，则同路下一个数据块的预约关系也应与该结点建立，这样可以保证不出现循环的预约建立，确保全局的预约关系形成树而不是回路。因为对于一个数据块，每一个结点只能从一个其它结点获取，如果形成回路，则会出现一个结点从两个其他结点获取同一个数据块的情况。

具体情况为：如果结点P新加入一个直播网络，则随机选取一个邻居结点C建立预约关系；如果结点P从结点C接收完数据块a+x后，由于网络设备等原因造成传输中断，当需要继续接收同路的数据块a+2x、a+3x...时，会查找发送数据块a+x的结点记录，再次与结点C建立预约。在某些情况下，例如结点C下线退出网络，或者预约结点长时间不响应预约请求，结点会重新随机选择建立预约的结点。

需要说明的是，一个结点在无法与同路的预约结点重新建立预约关系的情况下，会根据当前的网络连接状况采取多种策略选取预约结点，随机选取只是其中一种简单的实现。而且，在实际应用中，通常将上述基于“预约下载”的数据传输方法与传统的P2P传输方式相结合使用，这样能够达到更好的传输效果。因此，预约下载时候选取结点的方法还与传统下载的情况有关系，本发明在此不作限定。

综上所述，“预约下载”策略基本从两个方面来提高网络传输速度：一方面，传输一个数据块时，结点在接收到该数据块的一部分时就同步发送给下一级结点，降低了传输延迟；另一方面，传输多个数据块时，建立预约关系的结点之间可以连续传输同路的多个数据块，加快了传输速度。因此，将所述“预约下载”技术应用到P2P直播网络的传输中，能够大大降低数据传输延迟，尤其是当P2P网络在线人数比较多的时候，“预约下载”将传输延迟对客户端的影响降到了很低的水平，可以给用户带来更好的使用体验。

针对上述“预约下载”技术，本发明实施例还提供了一种客户端装置，安装在用户的计算机设备上运行。当用户参与下载直播数据时，就作为P2P直播网络中的客户端结点，从服务器结点或其他客户端结点获取实时流媒体数据。

参照图4，是所述在P2P网络中传输数据的客户端装置。P2P网络中的每个在线客户端都需要安装该装置来实现与其他结点的数据传输，而且客户端结点既可作为数据接收方，也可以作为数据发送方。所述装置主要包括预约单元401和传输单元402，其中所述预约单元401负责与其他结点建立预约关系，所述传输单元402负责与其他结点进行数据块的传输。

当客户端结点作为数据接收方时，预约单元401用于向其他邻居结点发送预约请求，请求中包含该结点需要获取的数据块信息；若收到请求响应，则建立了预约的父子关系，预约单元401记录父结点的相关信息和需要获取的数据块信息。当客户端结点作为数据接收方时，预约单元401用于接收其他邻居结点发来的预约请求，并做出响应；此时，该客户端结点作为预约的父结点，将预约子结点的相关信息和预约发送的数据块信息记录下来。

传输单元402负责根据预约单元401记录的信息，从建立预约的父结点接收数据块，并自动传输给子结点。在传输数据块时，传输单元402每接收到数据块的一部分，就立即同步传输给下级的子结点，从而将数据块在结点间的传输延迟降到最低。

优选的，服务器结点将所有数据块分成多组并行传输，如前所述，“模8同余”的数据块集合称为一路。根据已建立好的预约关系，所述传输单元402还会自动接收到同路的后续数据块，并自动发送给子结点。而且，该客户端结点可以同时从多个结点接收不同路的数据，并同时向多个结点发送数据，实现传输单元402并行传输数据的功能。

需要说明的是，预约单元401建立的预约关系是针对“路”进行的，即同路的上一个数据块如果从某结点获取，则同路下一个数据块的预约关系也应该与该结点建立。预约单元401在向其他结点发送某个数据块的预约请求前，会查找该数据块的预约记录；同样，在接收到某个结点的预约请求后，也会核实预约记录。但是，如果客户端结点是首次登录网络，则随机选取一个邻居结点建立预约关系；而且，如果预约建立不成功，也会随机选取其他结点。如前所述，随机选取仅是其中一种实现方案，本发明在此不作限定。

作为P2P网络中的结点，所述客户端装置除包括预约单元401和传输单元402外，还设置了其他的功能单元，如与其他结点通信连接的建立、监控、管理维护等功能，由于与本发明内容相关性较小，在此不作说明。

图4所示装置中未详述的部分可以参见图2、图3所示方法的相关部分，为了篇幅考虑，在此不再详述。

以上对本发明所提供的一种对等网络中的数据传输方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种对等网络中的数据传输方法，其特征在于，包括：

客户端结点B向结点A发送预约请求，请求中包含结点B所需的数据块信息；

结点A与结点B建立预约关系，所述预约关系是树型结构中的父子关系；

结点A从其他结点接收所述数据块在传输过程中被分成的一部分，将当前接收到的所述数据块的一部分同步地传输给结点B，直到将所述数据块的数据全部传输给节点B。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：具有预约关系的结点之间形成传输路径；服务器结点将所有的数据块分组，每组数据块按照不同的路径传输。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：结点A将同路的数据块自动发送给结点B。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：结点B同时与多个结点建立预约关系，从不同结点接收不同路的数据块。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：结点B首次随机选取结点A建立预约关系；若结点B需要重新建立预约，则查找发送同路的上一个数据块的结点，并与该结点建立同路的下一个数据块的预约关系。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述数据块按照以下分组规则进行分组：将数据块按照从小到大的自然数顺序编号，编号除以任一自然数后余数相同的数据块分为一组。

7.一种在对等网络中传输数据的客户端装置，安装在客户端结点运行，其特征在于，所述客户端装置包括：

预约单元，用于向网络中的结点C发送预约请求，请求中包含自己所需的数据块信息，与结点C建立预约关系；接收结点D发来的预约请求，与结点D建立预约关系，其中，所述预约关系是树型结构中的父子关系，结点D发来的预约请求中包含结点D所需数据块信息；

传输单元，用于从结点C自动接收所需数据块在传输过程中被分成的一部分，将当前接收到的该数据块的一部分同步地传输给结点D，直到将该数据块的数据全部传输给节点D。

8.根据权利要求7所述的客户端装置，其特征在于：具有预约关系的结点之间形成传输路径；服务器结点将所有的数据块分组，每组数据块按照不同的路径传输。

9.根据权利要求8所述的客户端装置，其特征在于：所述传输单元从结点C自动接收同路的数据块，并自动发送给结点D。

10.根据权利要求8所述的客户端装置，其特征在于：所述传输单元同时从多个结点接收不同路的数据块，并同时向多个结点发送不同路的数据块。

11.根据权利要求8所述的客户端装置，其特征在于：所述预约单元首次随机选取结点C建立预约关系；若需要重新建立预约，则查找发送同路的上一个数据块的结点，并与该结点建立同路的下一个数据块的预约关系。

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