CN101437045B - P2p系统中中转节点的选择方法及p2p节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种P2P系统中中转节点的选择方法；源节点根据节点坐标计算自身邻居表中，每一个邻居节点到源节点的欧氏距离以及邻居节点到目的节点的欧氏距离之和；源节点向所述欧氏距离之和最小的邻居节点发送路由查询请求；所述收到路由查询请求的节点执行与上述源节点相同的步骤；源节点将第N个接收到所述路由查询请求的节点确定为中转节点。由于网络坐标能够较为准确的反应出节点间的延迟情况，因此通过本发明设计的这种收敛性较好的逐步逼近的查询方式，可以选择出更加合适的中转节点，且不需要专用查询服务器的支持，不受服务器处理能力的限制，易扩展、成本低、效果好。本发明还同时公开了一种P2P节点。

Description

P2P系统中中转节点的选择方法及P2P节点

技术领域

本发明涉及P2P技术领域，特别涉及P2P系统中中转节点的选择方法及P2P节点。

背景技术

点对点P2P(Peer-To-Peer)系统，是一种分布式网络系统，系统中各节点之间不需要通过服务器进行中转，可以直接互相传输数据或通过其他节点进行数据中转，被选择作为数据中转的节点称为中转节点。

中转节点的选择在P2P系统中是非常重要的，中转节点的性能直接影响源节点到目标节点之间的数据传输，例如P2P系统中的网络电话VoIP(Voice-over-IP)应用中，中转节点到源节点和目的节点的延迟直接影响VOIP的通话效果，因此一般来说，应该选择那些到源节点和目的节点延迟的和较小的、较为稳定的节点作为中转节点。但是，在IPv4中，IP地址只是一个人为划分的逻辑地址，通过节点的IP地址信息无法判断节点之间的延迟大小。虽然通过IP地址可以查找到某节点所处的地理位置，但是，两节点地理位置同他们之间的网络延迟并不存在一个明确的关系。而如果采用主动探测方式去测量到大量候选节点的延迟进而选择一条较好路径的方法时，将会导致大量探测报文，系统不堪重负。

为了解决中转节点的选择问题，目前也有一些成果，其中，有三种具有代表性的选择中转节点的方法，具体如下：

一、IP比对法。

利用节点间IP地址差的绝对值来判断节点间的延迟大小。其代表是网格媒体GridMedia系统，在该系统中，当某节点请求中转节点时，通过追踪器Tracker返回的该节点与请求节点IP地址之差的绝对值来推测延迟大小，从而选择出延迟较小的节点作为中转节点。这一方式虽然可以使得节点有机会发现并选择位于同一子网内甚至是同一局域网内的节点作为中转节点，但因IP地址和网络延迟之间并不存在明显的相关性，因此，本方法的效果有待商榷。

二、Landmark方法。

即利用IP地址与地理位置的对应关系，在节点中插入一个表示位置的特征值，通过特征值确定节点间的延迟大小。其代表是AnySee系统，在该系统中，使用Landmark标识表示位置，Landmark是一个56位数据类型的值，利用固定几位分别表示国家、网络类型、省份、城市和学校等信息。每个加入AnySee系统的节点都有自己的一个Landmark值，它由地理位置与IP的对应关系和一定的编码规则产生。在寻找中转节点时，可根据Landmark值通过一定的算法计算出节点之间的距离，推测节点间的延迟大小，从而选择出延迟较小的中转节点。这种方式因需要建立详细的Landmark数据库，数据收集困难；而且，这种数据库的精度较低，很难确定如“中国科技大学”、“中科院研究生院”、“清华大学”三所大学内节点延迟的关系。

三、网络坐标方法。

网络坐标方法是假设每个节点在逻辑拓扑中都有一个逻辑坐标值，通过计算两节点的逻辑坐标的欧氏距离可以推测出两节点间的延迟大小。现有确定网络坐标的典型方法包括：1)全球网络定位GNP(Global NetworkingPositioning)，这种方法的思想是使用较多的稳定服务器建立一个静态坐标系统，每个服务器在系统中都有一个坐标值；这样，新加入的节点可以通过测量到这些服务器的延迟来确定自己在系统中的坐标。2)维瓦迪(Vivaldi)系统不使用固定坐标服务器，节点加入系统时随机选择坐标并通过节点间的相互探测来不断调整自身坐标，最终使系统收敛。3)实用英特网坐标PIC(Practical Internet coordinates)系统使用了上述两种探测方式的混合。网络坐标虽然能够较为准确的反应节点间的延迟关系，但是，目前还没有应用网络坐标选择延迟较小的中转节点的选择方案。

发明内容

本发明实施例提供一种P2P系统中中转节点的选择方法，可以选择出较佳的中转节点，且无需服务器支持。

本发明实施例提供一种P2P节点，可以选择出较佳的中转节点，且无需服务器支持。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种P2P系统中中转节点的选择方法，该方法包括：

源节点根据节点网络坐标计算自身邻居表中每一个邻居节点到源节点的欧氏距离以及到目的节点的欧氏距离之和；

源节点向所述欧氏距离之和最小的邻居节点发送路由查询请求；

所述收到路由查询请求的节点执行与上述源节点相同的步骤；

源节点将第N个接收到所述路由查询请求的节点确定为中转节点，其中N≥1。

一种P2P节点，该节点包括：

邻居表维护模块，用于维护自身邻居表；

路由计算模块，与所述邻居表维护模块相连，用于根据节点的网络坐标计算所述邻居表维护模块所维护的邻居表中每一个邻居节点到源节点的欧氏距离以及到目的节点的欧氏距离之和；

路由查询模块，与所述路由计算模块相连，用于向所述欧氏距离之和最小的邻居节点发送路由查询请求；

中转节点确定模块，与所述路由查询模块相连，用于将第N个接收到路由查询请求的节点确定为中转节点，其中N≥1。

由上述的技术方案可见，本发明的这种P2P系统中转节点选择方法和P2P节点，通过网络坐标对邻居表中节点间的欧氏距离的计算，采用逐步逼近的查询方法，通过多次查询，找到较好的中转节点。由于网络坐标能够较为准确的反应出节点间的真实延迟情况，因此通过本发明所设计的这种收敛性较好的逐步逼近的查询方式，可以选择出更加合适的中转节点，且不需要专用的服务器支持，不受服务期处理能力限制，具有易扩展、成本低、效果好的特点。

附图说明

图1为本发明实施例的中转节点的选择方法流程图；

图2为本发明实施例的空间坐标超球面示意图；

图3为本发明实施例的中转节点选择示意图；

图4为本发明实施例的P2P节点结构示意图；

图5为本发明实施例的邻居表维护模块具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例主要是利用现有的Vivaldi等网络坐标确定方案来确定P2P系统内各节点的网络坐标，并在每个节点内使用一定策略维护一个邻居表；源节点A在需要选择到目的节点的中转节点时，将查找其邻居表，并发送查询路由请求到它所知道的某个最佳节点B上，B节点进一步查找出其邻居表内A、P之间的最佳节点C，并发送查询路由请求到C，要求C继续查找，重复进行数次后，即可查找到一个较好节点，从而可以将该节点选择为中转节点。

图1为本发明实施例的中转节点的选择方法流程图，如图1所示，该流程包括以下步骤：

步骤101，源节点根据节点坐标计算自身邻居表中，每一个邻居节点到源节点的欧氏距离以及到目的节点的欧氏距离之和。

步骤102，源节点向所述欧氏距离之和最小的邻居节点发送路由查询请求。

步骤103，收到路由查询请求的节点执行与上述源节点相同的步骤。

步骤104，源节点将第N个接收到路由查询请求的节点确定为中转节点。

其中N可以预设为任意大于1的正整数，即N≥1。

其中，在本发明中，不限定网络坐标确定方案，同时，因为网络坐标的产生是现有成熟技术，这里也省略网络坐标产生的具体算法步骤。

步骤101中所述邻居表的建立方法任意，可以从P2P系统中的所有节点中随机选择一定数量的节点加入邻居表中，也可以按照一定的规则加入邻居表中。下面介绍一种较佳的邻居表建立方法：

以P2P系统中的节点通过Vivaldi网络坐标确定算法获取坐标为例，节点间的延迟可以通过计算坐标间的欧氏距离而得出，因此可以使用节点间的欧氏距离代表节点间的延迟，欧氏距离大的节点说明延迟较大。

设有一节点A，其邻居表的建立可以首先将坐标空间以A节点坐标为中心的多个超球面划分为多层空间，从每一层中，随机选择满足该层欧氏距离条件的邻居节点加入邻居表中相应的表项中；构成一个多层结构的邻居表。

图2为本发明实施例的空间坐标超球面示意图，如图2所示，以A节点自身坐标为中心，系统内其它节点都位于到这一中心半径大小不等的多个超球面上或超球面间。其中，节点A将随机选取满足某个区间条件的若干个节点存入某层的邻居表中，其中，每层邻居表中的节点选择条件如下：

当L＝1时，只有一层空间，即i＝0，则可选择d满足0＜d＜∞的节点；

当L＞1时，若i＝0，则可选择d满足0＜d≤2τ的节点；

当L＞1时，若0＜i＜L-1，则可选择d满足2ⁱτ＜d≤2ⁱ⁺¹τ的节点；

当L＞1时，若i＝L-1，则可选择d满足2ⁱ⁺¹τ＜d＜∞的节点；

其中，d为在网络坐标系中邻居节点到A节点的欧氏距离，L表示空间划分的总层数，L≥1；i代表具体层数，取值范围为0～L-1，τ为延迟的最小单位，例如τ可取值为10ms或其它任意值。

在每一层上，A可以随机选择符合条件的若干个节点加入到其邻居表的相应表项中。由于每层所覆盖的延迟的范围呈指数关系增长，这就形成了离A节点近的节点的信息多，离A节点远的节点的信息少的状态。也就是说，每个节点都对自己附近的情况非常了解，而随着欧氏距离的增大，了解的程度不断降低。这有利于查找过程的收敛。

另外，在建立起邻居表后，节点还可以进一步通过定期发送心跳消息探测邻居表中的邻居节点是否失效，将失效的邻居节点从所述邻居表中删除，从而保证邻居表的可用性。

除此以外，节点之间还可以定期交换邻居表信息。通过邻居表交换，节点A可发现一些原来未知的新节点，从而提高邻居节点的可用性。具体来说，若自身邻居表中的邻居节点数目没有达到预设的阈值，则将其它邻居节点的邻居表中包含的，自身邻居表中没有的新节点加入自身的邻居表中；若自身邻居表中的邻居节点数目已经达到预设的阈值，则根据预设的规则用所述新节点替换自身邻居表中的节点。这个替换规则可以任意设置，例如判断新节点与原节点进入P2P系统的时间，保留进入系统时间长的节点来替换掉进入系统时间短的节点。或者，计算所述新节点与自身邻居表内属于同一层中的邻居节点之间的平均延迟，以及该层中，原有邻居节点与同一层中的其它节点之间的平均延迟，将比新节点延迟小的原有邻居节点替换为新节点。例如设邻居表中原节点为P_i，新节点为P_n，则可以计算P_i与其所在层的表项内其它原节点间的平均延迟，同时也计算新节点P_n同表项内与其所在层的其它原节点间的平均延迟，如果P_n＞P_i，则用新节点取代节点P_i。这种替换方法可以使邻居表中的节点尽量均衡的分布在坐标空间中。

当节点A的某层的表项中的邻居节点较少时，例如没有达到预设的阈值，A节点可以主动发现一些符合条件的节点加入该表项内。例如，节点A随机产生一个参考节点坐标P_rand，其中，节点A到P_rand的欧氏距离d需要符合上述的节点选择条件，例如2ⁱτ＜d≤2ⁱ⁺¹τ这一条件。节点A向其邻居节点内距离P_rand最近的节点B发送搜索请求，收到这一搜索请求的节点B进一步将搜索请求发送给其邻居表内距离P_rand更近的节点C上，同时B可以报告A所知道的节点中C距离P_rand较近，如此进行多跳后停止，例如预设一个搜索次数M，M≥1，达到M次后，停止搜索，具体可以使用设定TTL生存期的方法限制搜索次数。节点A最终可以发现在P_rand附近的一些节点，从而可以从收到搜索请求的节点中，选择一些合适的节点加入自身邻居表中其中。从而进一步提高邻居表的可用性。

最后，可以举个具体的例子，说明具体中转节点的确定过程。

图3为本发明实施例的中转节点选择示意图，如图3所示，源节点为A，目的节点为P，当节点A需要查找到节点P的中转节点时，节点A首先查看自己邻居表中的邻居节点，并计算这些邻居节点到自身和到P的欧氏距离之和，并最终选择出欧氏距离之和最小的节点B。节点A将路由查询请求发送给节点B。节点B在收到这一消息后，同样查看自己邻居表中的节点，并计算这些邻居节点到节点A和到节点P的欧氏距离之和，并最终确定节点C到节点A、节点P的欧氏距离之和最小。节点B将路由查询请求发送给节点C。节点C以同样的计算方法，确定出节点D将查询路由给节点D。如果预先设置将第3次查询到的节点作为中转节点，则节点A此时可以最终确定节点D为中转节点，否则继续查询，逐步逼近。其中，每次发送查询请求的节点可以通过向源节点报告自己查询到的节点的方式通知源节点哪个节点更佳。一般来说，查询次数越多，选择出的中转节点越好，但是查询次数过多也会给网络造成负担。具体将第几次查询到的节点作为中转节点，可以根据实际需要而定。

图4为本发明实施例的P2P节点结构示意图，如图4所示，该节点包括：

邻居表维护模块401，用于维护自身邻居表；

路由计算模块402，与所述邻居表维护模块相连，用于根据节点坐标，计算所述邻居表维护模块维护的邻居表中，每一个邻居节点到源节点的欧氏距离以及邻居节点到目的节点的欧氏距离之和；

路由查询模块403，与所述路由计算模块相连，用于向所述欧氏距离之和最小的邻居节点发送路由查询请求；

中转节点确定模块404，与所述路由查询模块相连，用于将第N个接收到路由查询请求的节点确定为中转节点，其中N≥1。

图5为本发明实施例的邻居表维护模块具体结构示意图，如图5所示，邻居表维护模块包括：

存储单元501，用于存储邻居表。

空间划分单元502，用于将坐标空间划分为以自身节点坐标为中心的L层超球面；其中L≥1；

节点选择单元503，与所述空间划分单元和存储单元分别相连，用于从每一层中，随机选择满足该层欧氏距离条件的邻居节点加入所述邻居表中相应的表项内；构成一个L层的邻居表。

另外，邻居表维护模块401可以进一步包括：

节点维护单元，与存储单元相连，用于通过心跳消息探测邻居表中的邻居节点是否失效，将失效的邻居节点从所述邻居表中删除。

或者，邻居表维护模块401可以进一步包括或在包括节点维护单元的实施例基础上进一步包括：

节点交换单元，与所述存储单元相连，用于与其它节点之间定期交换邻居表信息，若自身邻居表中的邻居节点数目没有达到预设的阈值，则将其它邻居节点的邻居表中包含的，且自身邻居表中没有的新节点加入自身的邻居表中；若自身邻居表中的邻居节点数目已经达到预设的阈值，则根据预设的规则用所述新节点替换自身邻居表中的节点。

较佳地，邻居表维护模块401还可以进一步包括：

节点发现单元，与所述存储单元相连，若自身邻居表中的邻居节点数目没有达到预设的阈值，则随机产生一个参考节点坐标，并向自身邻居表内与所述参考节点坐标的欧氏距离最近的邻居节点发送搜索请求；

收到搜索请求的节点继续向自身邻居表内与所述参考节点坐标的欧氏距离最近的邻居节点发送搜索请求；

达到预设的搜索次数M次后，所述节点发现单元从收到搜索请求的节点中，选择合适的节点加入自身邻居表中；其中M≥1。

由上述的实施例可见，本发明的这种P2P系统中转节点选择方法和P2P节点，通过对网络坐标的计算，采用逐步逼近的查询方法，找到较好的中转节点。其利用网络坐标选择中转节点，相比现有技术来说，可以以较小的代价找到更好的中转节点。另外，通过维护一个分层的邻居表，每一层的取点条件不同，有利于查询过程的收敛。通过定期检测邻居表内的节点是否失效、节点之间交换邻居表信息，以及通过生成随机坐标而主动发现邻居节点的机制，可以有效提高邻居表的可用性，提高中转节点查询的效果。

所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种P2P系统中中转节点的选择方法，其特征在于，该方法包括：

源节点根据节点网络坐标计算自身邻居表中，每一个邻居节点到源节点的欧氏距离以及邻居节点到目的节点的欧氏距离之和；

源节点向所述欧氏距离之和最小的邻居节点发送路由查询请求；

所述收到路由查询请求的节点执行与上述源节点相同的步骤；

源节点将第N个接收到所述路由查询请求的节点确定为中转节点，其中N≥1；

其中，所述邻居表的建立方法包括：

将网络坐标空间以自身节点坐标为中心的L-1个超球面进行划分，从而得到L层，从每一层中，随机选择满足该层欧氏距离条件的邻居节点加入邻居表中相应的表项中；构成一个L层的邻居表，其中L≥1；

其中，所述L层中每一层的欧氏距离条件为：

当L＝1时，d满足0＜d＜∞；

当L＞1且i＝0时，d满足0＜d≤2τ；

当L＞1且0＜i＜L-1时，d满足2ⁱτ＜d≤2ⁱ⁺¹τ；

当L＞1且i＝L-1时，d满足2ⁱ⁺¹τ＜d＜∞；

其中i为层数，τ为延迟的最小单位，d为在网络坐标系中节点自身坐标与邻居节点坐标之间的欧氏距离。

2.如权利要求1所述的P2P系统中中转节点的选择方法，其特征在于，所述邻居表建立后，通过定期发送心跳消息探测邻居表中的邻居节点是否失效，将失效的邻居节点从所述邻居表中删除。

3.如权利要求1所述的P2P系统中中转节点的选择方法，其特征在于，所有节点之间定期交换邻居表信息，若自身邻居表中的邻居节点数目没有达到预设的阈值，则将其它邻居节点的邻居表中包含的且自身邻居表中没有的新节点加入自身的邻居表中；

若自身邻居表中的邻居节点数目已经达到预设的阈值，则根据预设的规则用所述新节点替换自身邻居表中的节点。

4.如权利要求3所述的P2P系统中中转节点的选择方法，其特征在于，所述根据预设的规则用所述新节点替换自身邻居表中的节点包括：

计算所述新节点与自身邻居表内属于同一层中的邻居节点之间的平均延迟，以及该层中原有邻居节点与同一层中的其它节点之间的平均延迟，将比新节点延迟小的原有邻居节点替换为新节点。

5.如权利要求1所述的P2P系统中中转节点的选择方法，其特征在于，所述邻居表建立后，若自身邻居表中的邻居节点数目没有达到预设的阈值，则随机产生一个参考节点坐标，并向自身邻居表内与所述参考节点坐标的欧氏距离最近的邻居节点发送搜索请求；

收到搜索请求的节点继续向自身邻居表内与所述参考节点坐标的欧氏距离最近的邻居节点发送搜索请求；

达到预设的搜索次数M次后，从收到搜索请求的节点中，选择至少一个合适的节点加入自身邻居表中，其中M≥1。

6.一种P2P节点，其特征在于，作为源节点时，该节点包括：

邻居表维护模块，用于维护自身邻居表；

路由计算模块，与所述邻居表维护模块相连，用于根据网络节点坐标，计算所述邻居表维护模块维护的邻居表中，每一个邻居节点到源节点的欧氏距离以及邻居节点到目的节点的欧氏距离之和；

路由查询模块，与所述路由计算模块相连，用于向所述欧氏距离之和最小的邻居节点发送路由查询请求；

所述收到路由查询请求的节点执行与上述源节点相同的步骤；

中转节点确定模块，与所述路由查询模块相连，用于将第N个接收到路由查询请求的节点确定为中转节点，其中N≥1；

其中，所述邻居表维护模块包括：

存储单元，用于存储邻居表；

空间划分单元，用于将坐标空间以自身节点坐标为中心的L-1个超球面划分为L层空间；其中L≥1；

节点选择单元，与所述空间划分单元和存储单元分别相连，用于从每一层中，随机选择满足该层欧氏距离条件的邻居节点加入所述邻居表中相应的表项内；构成一个L层的邻居表；

其中，所述L层中每一层的欧氏距离条件为：

当L＝1时，d满足0＜d＜∞；

当L＞1且i＝0时，d满足0＜d≤2τ；

当L＞1且0＜i＜L-1时，d满足2ⁱτ＜d≤2ⁱ⁺¹τ；

当L＞1且i＝L-1时，d满足2ⁱ⁺¹τ＜d＜∞；

其中i为层数，τ为延迟的最小单位，d为在网络坐标系中节点自身坐标与邻居节点坐标之间的欧氏距离。

7.如权利要求6所述的P2P节点，其特征在于，所述邻居表维护模块进一步包括：

节点维护单元，与所述存储单元相连，用于通过心跳消息探测邻居表中的邻居节点是否失效，将失效的邻居节点从所述邻居表中删除。

8.如权利要求6所述的P2P节点，其特征在于，所述邻居表维护模块进一步包括：

节点交换单元，与所述存储单元相连，用于与其它节点之间定期交换邻居表信息，若自身邻居表中的邻居节点数目没有达到预设的阈值，则将其它邻居节点的邻居表中包含的，且自身邻居表中没有的新节点加入自身的邻居表中；若自身邻居表中的邻居节点数目已经达到预设的阈值，则根据预设的规则用所述新节点替换自身邻居表中的节点。

9.如权利要求6所述的P2P节点，其特征在于，所述邻居表维护模块进一步包括：

节点发现单元，与所述存储单元相连，若自身邻居表中的邻居节点数目没有达到预设的阈值，则随机产生一个参考节点坐标，并向自身邻居表内与所述参考节点坐标的欧氏距离最近的邻居节点发送搜索请求；

收到搜索请求的节点继续向自身邻居表内与所述参考节点坐标的欧氏距离最近的邻居节点发送搜索请求；

达到预设的搜索次数M次后，所述节点发现单元从收到搜索请求的节点中，选择合适的节点加入自身邻居表中；其中M≥1。

Images