CN101267449B - 一种基于移动代理机制的树型结构p2p系统资源传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于移动代理机制的树型结构P2P系统资源传输方法，其实现所依赖的网络体系由各加入到网络的子节点及管理子节点的服务节点等所构成。主要步骤如下：首先将移动代理发送到它的服务节点，服务结点通过最优路径搜索算法找出系统内所有路径路由总耗时不超过某个阈值的最短路径，将移动代理发至该路径的下一个服务节点；然后排除已到达路径继续找出下一个最短路径，并将移动代理发往该路径上的下一个服务节点，如此往复，直到移动代理返回原服务节点时结束检索。检索完成后，原节点将通过下载算法从最短路径上的节点下载资源。本发明目的是为了提高P2P流媒体分发系统在低带宽和网络连接不稳定情况下的资源搜索效率。

Description

一种基于移动代理机制的树型结构P2P系统资源传输方法

技术领域

本发明涉及P2P网络通信技术领域，特别是涉及一种基于移动代理机制实现在低带宽和连接不稳定情况下针对树型结构P2P系统资源传输的方法。

背景技术

当前，在网络环境中已经出现了众多的技术方法，用于实现分布式多用户信息共享和协同工作等功能。P2P计算技术是当前主流的分布式泛型，它相比于传统的客户/服务器模式具备更多的优点。由于P2P计算不需要设置中心设备，各主机节点之间是互为对等的关系，这些节点根据环境需要能够互相充当路由点、客户端甚至服务器的角色。已有许多种类型的P2P系统应用于P2P模式计算，这些系统大多专注于全局性资源管理，主要实现资源的全局共享。而移动代理技术是一种功能性更强的分布式计算处理方法，该方法采用移动代理的特殊消息形式，将所需执行的任务封装在代理中，并通过连接发送到指定执行的目标节点，进而将任务在目标机进行本地执行，待执行完毕后结果再通过代理这一载体回传到原请求节点。现今，移动代理已应用在信息检索、数据挖掘和知识发现、电子业务、移动多媒体业务及P2P计算等领域。移动代理技术尤其适用于低网络带宽和频繁掉线的应用环境。

P2P系统执行任务需要考虑的一个重要因素即是网络的动态性，低带宽及连接丢失通常对P2P服务质量造成重要影响。因此在P2P系统中我们引入移动代理技术。移动代理计划(Mobile AgentPlanning，以下简称MAP)是该技术中的一个重要组成部分。MAP用于决定需要部署的移动代理数目、移动代理的路由路径和移动代理的执行任务，其中计划的内容主要包括：网络情况统计(即节点间的带宽和延迟)、历史计算情况(代理在每个节点的计算负载)以及一些在线信息。好的MAP设计将直接影响到移动代理的性能。

P2P系统目前主要存在树型结构和Gossip结构两种类型。针对P2P系统中通常需要完成对资源点的检索和轮询操作，现以此为基础设计一套适用于树型结构P2P系统的移动代理机制及相应的MAP，提高P2P系统在低带宽和网络连接不稳定情况下的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提高P2P流媒体分发系统在低带宽和网络连接不稳定情况下的资源搜索效率。

为实现本发明的目的，本发明所提供的基于移动代理机制P2P计算的方法，其采用的技术方案如下：

本方法实现所依赖的网络体系结构逻辑示意图如图1所示，结构组成共分为三类实体：子节点、集合点和服务节点。服务节点用于管理包含任意个子节点的节点集合，维护集合内子节点间的连接、子节点信息存储情况列表并将为移动代理提供信息询问服务。确切的说，服务节点用于汇集并维护本集合对应的MAP信息。子节点则主要用于维护资源信息，并能够执行移动代理所携带的任务。集合点主要用于维护系统中所有服务节点的主机信息。由于本发明的实现需要构建在网络系统的基础上，因此下面中出现的“系统”属于本方法实现的载体，也即为实现本方法所依赖的网络体系。

服务节点的架构图如图2所示，其组成如下：

(1)应用层：用于执行并生成MA信息。

(2)服务层：为移动代理提供信息服务，主要为应用层生成MA信息提供当前本地CPU及内存的负载、网络带宽和延迟等数据统计，并采用数据库维护移动代理的执行事件跟踪日志。

(3)网络层：为该节点提供通信服务，建立TCP或UDP连接。

新节点加入系统时，首先与集合点建立连接并获取当前所有服务节点的列表，该列表包括各服务节点的连接地址及端口信息；接着，新节点与各服务节点建立连接，并选择延迟最小的服务节点作进一步通信；然后，该节点将向选定的服务节点发送身份识别信息和可共享资源列表，以此加入到系统。

系统中的每个子节点均能够按照预定的策略生成一个计划型代理，并将其发送至对应的服务节点。这些计划型代理通常用于实现P2P中的信息搜索和下载等任务。在进行资源检索时，计划型代理由系统中移动代理的数目及其路由路径决定。当移动代理从服务节点发送到子节点时，它将与网络层进行交互。同时，通过复制模块可以产生当前代理的副本。

系统中的某个节点请求所需资源时，首先将移动代理发送到该节点的服务节点，然后服务结点通过最优路径搜索算法找出系统内所有环路路由总耗时不超过阈值t的最短路由路径，接着服务节点将移动代理发送至该路径上的下一个服务节点；之后在排除当前已经由路径情况下通过最优路径搜索算法再次找出能够到达原服务节点的下一个最短路由路径，并将移动代理发往该路径中的下一个服务节点，如此往复，直到移动代理被返回到原服务节点时结束。在路径搜索完成之后，原节点将通过相应的资源下载传输算法从最径上的节点下载资源。

具体的实现步骤如下：

本发明方法所定义的系统是由各个加入到系统的共享资源子节点及管理任意数目子节点的服务节点所构成。考虑到当前网络环境中更多的存在局部IP多播应用情况，因此本方法将处于同一局部IP多播域内的各个加入子节点作为一个节点集合，并在域内将性能最优的节点作为服务节点。同时，系统将全局性的维护一个集合点服务器，该节点主要用于维护系统中所有服务节点的访问列表。

新节点加入系统并进行资源共享的方法步骤如下：

(1)新节点首先与集合点服务器建立连接，并获取所有服务节点的访问列表，然后新节点将使用PING方法逐一测量其与所有服务节点间的延迟时间RT，并找出RT最小的服务节点(即表示离该节点最近)。考虑IP多播的情况，处于IP多播域内的服务节点可定期在域内多播一个KeepAlive控制消息，子节点接收到KeepAlive消息得知该域内服务节点存在，则进而向该服务节点建立连接。

(2)新节点连入服务节点后，将向其发布身份识别信息和可共享资源列表。

系统中节点的移动代理路径检索主要步骤如下：

(1)节点将检索请求发送到其对应的服务节点，服务节点接收请求后，首先初始化参数tour，该参数用于表示将来移动代理的计划行程，并设置移动代理部署数目为初始值0；

同时系统中其他的服务节点将全部列入一个节点候选集合CadidateSet。

(2)服务节点通过最优路径搜索算法找出到达系统内所有其他服务节点中延迟时间RT最小的服务节点，并将这个服务节点加入到计划行程tour当中，同时在CadidateSet中删除该节点；再以该服务节点为起点计算系统中剩余服务节点到该服务节点最近的下一个服务节点，同时通过指定的条件判断第二个服务节点是否符合要求，若符合，则将该服务节点也加入到tour中，并从CadidateSet删除该服务节点，再继续按照以上原理检索下一个最近的服务节点；若不符合，则将CadidateSet中剩下的服务节点重新按照本步骤前述方式执行筛选，并生成下一个tour，直到CadidateSet中不存在节点为止。最后将所得的tour归并到一个集合当中。

(3)在步骤(2)所得的tour集合按照模拟退火算法(解决TSP——旅行售货员问题的有效方法之一，适用于组合最优化)对所有的tour进行路由路径优化，并作为移动代理的传输路径；tour的个数即作为需要部署的移动代理的数目。

(4)向每个优化过的tour所示的路径发送移动代理，待这些移动代理返回后，节点将从它们的MAP信息中获得系统中能够提供所需资源的所有节点。

由于系统发布的资源多为音视频数据，因此将资源根据指定的时间间隔划分为多个时段，对于每个时段，资源请求节点均采用以下下载步骤进行下载：

(1)节点判断当前下载时段是否已完整下载，若不完整，则首先执行前面所述的检索步骤，并获得所有具备该时段资源的节点；若完整，则退出下载。(节点对于每个时段的下载可以采用多线程方式并行执行)

(2)通过计算该节点与这些节点间传输当前时段资源的耗时，找出耗时最小的目标节点，并将其标识为下载点，进而建立连接向其请求资源。

(3)当下载到达预定时间或下载点掉线时，转入步骤(1)重新查找新的下载点。

本发明的优点在于：

1、利用移动代理获得P2P系统间的最优资源传输路径，大大减少节点为检索资源向网络中多次进行PING测量的频率；

2、利用最优路径搜索算法及最优选择下载算法使系统在低带宽及网络连接不稳定的情况下获得更好的资源检索及下载优化。

附图说明

图1为系统结构逻辑示意图；

图2为服务节点的架构图；

图3为移动代理路径检索流程图；

图4为资源下载流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的方法作进一步的阐述。

实现该移动代理机制的主要方法在于分别定义了移动代理路由路径的优化选择算法及资源分段下载的优化算法，即移动代理路径检索和资源下载两个阶段的执行步骤。

本发明方法主要是利用移动代理对网络动态性进行周期性侦测，定时更新目标下载点，使P2P系统内资源传输能够适应于低带宽和网络连接不稳定的工作环境。根据发明内容所述内容，为简化说明，下表罗列了主要涉及到的系统参数标识符：

以下将对移动代理路径检索和资源下载两阶段进行详细阐述：

节点请求所需的资源时段时，首先在系统中对移动代理路径进行检索，执行流程如图3所示，具体如下：

(1)节点P_0，0将检索请求发送到其对应的服务节点S₀，服务节点接收请求后，首先初始化参数tour，该参数用于表示将来移动代理的计划行程，并设置移动代理部署数目n为初始值0；同时系统中其他的服务节点将全部列入一个节点候选集合CadidateSet。

(2)S₀找出到达系统内所有其他服务节点中延迟时间RT最小的服务节点S_i，将该服务节点加入到计划行程tour当中，同时在CadidateSet中删除该节点；再以该服务节点为起点计算系统中剩余服务节点到该服务节点最近的下一个服务节点S_j，同时判断S_j是否满足以下条件：

RT(S₀，S_j)×2+E(S_j)＜＝t

若符合，则将该服务节点也加入到tour中，并从CadidateSet删除该服务节点，再继续按照以上原理检索下一个最近的服务节点；若不符合，则将CadidateSet中剩下的服务节点重新按照本步骤前述方式执行筛选，并生成下一个tour，直到CadidateSet中不存在节点为止。最后将所得的tour归并到一个集合Tour_Set当中。

(3)在步骤(2)所得的Tour_Set中按照模拟退火算法对所有的tour进行路径优化，作为移动代理的传输路径；同时使：

n＝Tour_Set元素总数。

(4)以每个优化过的tour为路径发送移动代理，待这些移动代理返回后，节点将从它们的MAP信息中获得系统中能够提供所需资源的所有节点集合RequiredPeer_Set。

以上阶段完成后，节点S₀将进入下载阶段。由于系统资源可按指定时间间隔分为多个时段，因此对于每个时段均可采用该下载方法，并可通过多线程模式实现多时段同时下载的功能。下载阶段流程如图4所示，具体如下：

(1)假设当前需下载的时段为Rx，在前面所获得的集合RequiredPeer_Set中，S₀对其中的每个服务节点进行PING操作，并计算出RT_0，i(Rx)；

(2)逐一比较S₀相对于每个服务节点的RT值，选出拥有最小RT值的那个节点，并将其标识为下载点，进而建立连接向其请求资源。

(3)当下载到达预定时间或下载点掉线时，转入步骤(1)重新查找新的下载点。

Claims (4)

1.一种基于移动代理机制的树型结构P2P系统资源传输方法，其特征在于该方法的实现包括以下三类实体：服务节点，子节点，集合点；

服务节点管理包含任意个子节点的节点集合，维护集合内子节点间的连接、子节点信息存储列表并为移动代理提供信息询问服务，服务节点具有应用层、服务层及网络层的体系结构；

子节点维护资源信息，并执行移动代理所携带的任务；

集合点维护系统中所有服务节点的主机信息；

所述传输方法利用生成计划型代理来实现P2P网络中资源检索和下载任务；每个子节点按照预定的策略生成一个计划型代理，并将其发送至对应的服务节点。

2.根据权利要求1所述的一种基于移动代理机制的树型结构P2P系统资源传输方法，其特征在于该方法所涉及的服务节点具有的体系结构具体如下：

(1)用于执行并生成移动代理MA信息的应用层；

(2)为移动代理提供信息服务，为应用层生成MA信息提供当前本地CPU及内存的负载、网络带宽和延迟数据统计，并采用数据库维护移动代理的执行事件跟踪日志的服务层；

(3)为该节点提供通信服务，建立TCP或UDP连接的网络层。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于移动代理机制的树型结构P2P系统资源传输方法，其特征在于该方法所涉及的移动代理路径检索遵循以下步骤：

(1)节点将检索请求发送到其对应的服务节点，服务节点接收请求后，首先初始化参数tour，该参数用于表示将来移动代理的计划行程，并设置移动代理部署数目为初始值0，同时系统中其他的服务节点将全部列入一个节点候选集合CadidateSet；

(2)服务节点通过最优路径搜索算法找出到达系统内所有其他服务节点中延迟时间RT最小的服务节点，并将这个服务节点加入到计划行程tour当中，同时在CadidateSet中删除该节点；再以该服务节点为起点计算系统中剩余服务节点到该服务节点最近的下一个服务节点，同时通过指定的条件判断第二个服务节点是否符合要求，若符合，则将该服务节点也加入到tour中，并从CadidateSet删除该服务节点，再继续按照以上原理检索下一个最近的服务节点；若不符合，则将CadidateSet中剩下的服务节点重新按照本步骤前述方式执行筛选，并生成下一个tour，直到CadidateSet中不存在节点为止，最后将所得的tour归并到一个集合当中；

(3)在步骤(2)所得的tour集合按照模拟退火算法对所有的tour进行路由路径优化，并作为移动代理的传输路径；tour的个数即作为需要部署的移动代理的数目；

(4)向每个优化过的tour所示的路径发送移动代理，待这些移动代理返回后，节点将从它们的移动代理计划MAP信息中获得系统中能够提供所需资源的所有节点。

4.根据权利要求3所述的一种基于移动代理机制的树型结构P2P系统资源传输方法，其特征在于对传输过程中的每一个视频时段，资源请求节点进行资源下载遵循以下步骤：

(1)节点判断当前下载时段是否已完整下载，若不完整，则首先执行前面所述的检索步骤，并获得所有具备该时段资源的节点；若完整，则退出下载；

(2)通过计算该节点与这些节点间传输当前时段资源的耗时，找出耗时最小的目标节点，并将其标识为下载点，进而建立连接并请求资源；

(3)当下载到达预定时间或下载点掉线时，转入步骤(1)重新查找新的下载点。

Images