CN101473630A - 用于建立对等会话的方法、装置和体系架构 - Google Patents

Abstract

可以在基于载波的对等(P2P)网络上以基本上比先前所认为可能的时间长度要更短并且可以预测的时间长度建立信令路径和通信会话，诸如基于IP的语音会话。全新的体系构架不要求信令路径遍历大量的中继/节点，而是允许信令路径遍历是P2P网络的部分核心的少量指定的主节点和锚节点。该全新的体系构架以及相关的方法也使得能够简单地管理和维护P2P网络。

Description

用于建立对等会话的方法、装置和体系架构

背景技术

对等网络是由相同节点组成的完全分散网络，其中每一节点都可以当作(传统客户-服务器网络意义上的)“客户”，并同时承担服务器的职责。因为对等网络(有时称为P2P)的每一单元都是相同的，所以它们很容易扩展规模。例如，对等网络通过简单的增加节点(例如电话、计算机、个人数字助理(PDA))就可以增长。除了容易扩展规模之外，维护对等网络的稳定性也是相当的直接。

典型地，P2P网络内的节点或点彼此相互监视。如果一个节点或同等体失效，那么其余的节点就承担起该失效的节点的任务。对等网络的体系构架简单使得它们对某些类型的业务的使用很有吸引力，诸如基于互联网协议的语音(VoIP)。随着包括简单的配置网络和网络的维护成本的问题的增加，对等网络可以提供超越现存载波格状网络的优势。

在常规的对等网络中，每一节点或同等体(这两个单词在这里将被可互换的使用)都存储有熟知的“键，值”对的属性。例如，键可以指示用户标识(“用户ID”)，而值可以表示节点的地址。为了在常规的对等网络中的源和目的节点之间建立通信会话，必须通过只使用该源节点所传输的键来定位在包括该目的节点的值(即地址)的节点内的一个给定键、值对(key，value pair)，从而确定该目的节点的地址。更具体的，该网络中接收到所传输的键的每一节点将该键与存储在其查找表等中的键、值对进行比较。假设至少一个节点包含与该目的节点相关联的键、值对，那么该目的的值(即地址)就返回到该源。此后，该源与该目的节点建立信令路径。所述另一种方式就是，如果一个用户想要与另一人建立VoIP电话呼叫，该呼叫者将所想要呼叫的接受者用户ID传送到对等网络中的其它用户(即它们的装置)。使用查找表和查询功能，该接受者的地址就被发现并将其返回给该呼叫者，从而允许在该呼叫者和接受者之间建立信令路径，并最终建立通信会话。

早期的对等网络将建立会话的请求“大量涌入”到该整个网络或者部分网络中，直到所想要的该键、值对被识别(即：直到该呼叫者的接受者的地址被定位)。然而，涌入方式在大型对等网络中不能很好的工作。为了克服这种技术的缺陷，许多新近的对等网络开始使用分布散列表(DHT)来存储和检索键、值对。

例如，对等网络使用DHT来为该网络中的每一个节点分配散列键。通过为该网络中的节点分配散列键，就减少了定位呼叫者等所想要的接受者的地址所需要的时间。

从数学上，可以说使用DHT的这种技术保证了步骤(其对应于时间长度)的上界是0(logN)。换言之，DHT的使用确保识别对等网络内的用户(即建立会话)所需要的步骤的最大值是0(logN)。这样就提供了一种估计定位接受者地址所需要的时间长度的方法，提供了优于涌入技术的独特优势，该涌入技术在某些情况下定位接受者需要不确定的步骤数或时间长度。

虽然DHT的使用提供了优于先前技术的优点，但是它们目前所使用的方法仍不足以在语音应用/业务中使用。更具体地，虽然利用DHT的当前技术提供了可以接受的时间长度来定位用于文件共享和其它数据传输应用/业务的接受者地址，但是当在语音/视频应用中使用时它们提供的时间长度是不可接受的。概略的说，使用现存的DHT技术，在1百万个节点的网络中查找一个键、值对平均需要10个步骤。然而，在更糟糕的情况中，其可能需要多达20个步骤。在语音或视频应用中使用10或20个步骤来定位所想要的接受者的地址是很不理想的(即：时间太长)。进一步，随着常规P2P网络变的越来越庞大，也还存在步骤数随着网络中节点数目的增加而增加的可能性。于是，虽然其仍然有可能确定建立会话所需要的步骤数目，但是这个数目可能太高而难以提供可接受的业务/应用。

相应地，最好提供一种方法、装置和体系构架，其中P2P网络内的节点可以使用DHT来在可接受的时间长度内建立语音、视频和类似应用中的信令和通信会话。

发明内容

本发明人已经发现利用DHT在基于载波的体系构架网络中以比先前所认为的可能速度快得多的速度建立语音和视频通信会话的对等体系构架。根据本发明的一个实施例，供应服务器(provisioning server)等将对等网络内的节点指定为主节点(host node)和锚节点(anchor node)。通过将某些节点指定为主节点和/或锚节点，本发明所提供的体系构架相比于常规的对等网络而言需要更少的中继(例如中间节点)来建立通信会话。更少的中继(hop)结合全新的缓存辅助的查找功能的使用就使得本发明所提供的体现构架能够在0(1)步骤，而不是在0(logN)步骤中建立信令路径和相关的通信会话。所述另一方式，使用更少的中继和全新的查找功能就能够以比先前所认为的可能速度要快得多的速度在对等网络中的节点之间建立信令路径和通信会话。进一步，随着P2P网络的增长，本发明所提供的该全新方法确保建立给定会话所需要的时间保持不变(即：保持建立会话所需要的时间长度是“常数”)。

应该注意的是，本发明所提供的该技术可以在许多不同类型的P2P网络配置中使用。一种这样的P2P网络就是熟知的“Chord”。

更详细的，根据本发明的一个实施例，一个供应服务器将散列键分配给对等网络中的每一主节点和锚节点。

进一步，为了获得建立语音/视频信令路径/会话所需要的速度，该供应服务器地理上将每一用户与至少一个主节点和锚节点关联起来。每一主节点用于存储一个或多个地理关联的用户的键、值对(例如身份和地址)，而每一锚节点都被分配有一个散列键。根据本发明，不需要信令路径来遍历大量中继/节点，本发明所提供的全新体现构架是由形成P2P网络核心的更小子集的指定主节点和锚节点组成。这样就能够快速建立信令路径。

虽然主节点地理上与用户关联，但是锚节点以不同的方式关联。根据本发明，与给定用户关联的锚节点是具有散列键的节点，其值(数量、无地址)等于或大于用户的键的值。另外，每一锚节点用于存储已经在地理上与其相关用户关联的第一和第二主节点的键、值对(例如身份和地址)。应该进一步注意的是，本发明所提供的体系构架可以利用底层P2P方法论(例如Chord)的锚节点相关的复制和可靠性机制(即备份)，以确保当一个锚节点变为失效等时，网络仍能满意地工作。例如，使用P2P方法论对指示/定位用户的第一和第二主节点的锚节点的查找表项目进行备份。

在本发明另外的实施例中，该锚节点中的一个或多个也可以是用于存储多个地理上关联的用户的键、值对(例如身份和地址)的主节点。

为了让建立会话所需要的时间长度更短，本发明也提供一种体系构架，其包括主节点，该主节点用于为其所关联的每一用户存储与一个或多个经常涉及在与关联用户的会话中的第三方用户相关联的一个或多个节点的键、值对(例如身份和地址)。例如，主节点可以包括缓存或者缓存功能，这样就允许其存储与用户最经常进行谈话的朋友相关联的节点(例如主节点)。通过缓存节点，可以与这些朋友更快的建立信令路径和相关的会话，而不必须使用锚节点，如下面将要更加详细的解释。

为了让本发明所提供的体系构架更加稳定，供应服务器可以将一个或多个用户与两个或多个(而不是一个)主节点关联起来。通过这种方式，如果用户的第一主节点由于故障等原因而不能够建立/维护信令路径/会话，该用户可以依靠第二主节点。如此前所述，用户的第一和第二主节点的地址可以存储在该用户的关联锚节点的查找表中。为了确保当出现故障时，给定P2P网络上的负荷均匀的分布，与给定用户关联的第二主节点可以随着用户不同而变化。也就是，虽然给定的用户集可以与相同的第一主节点关联，但是它们不能与相同的第二主节点关联。于是，如果该第一主节点发生故障时，其负荷(即用户)可以分布到多个第二主节点，而不是一个。

附图说明

图1描述了根据本发明一个实施例的对等网络的简化示例。

图2描述了根据本发明另一个实施例的对等网络的简化图。

具体实施方式

现在参照图1，所示出的是一个对等网络100，其包括一个或多个用户200、300，附图标记为0至7的一个或多个主节点和/或锚节点以及供应设备，诸如服务器400。虽然在通篇本文献中都称为“用户”，但是要理解的是，用户200、300可以是装置，诸如电话机、个人数字助理、计算机、游戏装置、多媒体装置以及对与实际人相关的某些示例装置进行命名的装置等等。根据本发明，该供应服务器400除了在对等网络100上被分配地址之外，还用于为每一用户分配一个散列键。为了将分配给用户的这些散列键与分配给节点的散列键进行区分，我们将前者称为键，而将后者称为散列键。该服务器400也将散列键分配给节点0至7中的每一个。为了简化当前的说明，节点0至7的散列键将被称为0至7(即：节点0具有散列键0。节点4具有散列键4，诸如此类)。

为了根据本发明建立信令路径和通信会话，该供应服务器400可以进一步用于将每一用户和与该用户地理上最接近的主节点关联起来。在图1中，对于用户200而言，这个就是节点7。因此，节点7将是与该用户200关联的主节点。如上面简单提到的，为了确保该对等网络100在主节点7失效的时候还是可靠的，该供应服务器400也可以用于将该用户200与两个或多个主节点关联起来。例如，该服务器400可以将该用户200与主节点0关联起来。于是，如果主节点7失效，主节点0将帮助该用户200建立信令路径/通信会话。为了在与该相同用户关联的两个主节点之间进行区分，第一个主节点可以称为第一主节点，而备用主节点可以称为第二主节点。为了确保当出现故障时，给定P2P网络上的负荷是均匀分布的，与给定用户关联的第二主节点可以随着从一个用户到另一个用户而变化。也就是，虽然给定的用户集可以与相同的第一主节点相关联，但是它们不能与相同的第二主节点相关联。于是，如果该第一主节点发生故障时，其负荷(即用户)可以被分布到多个第二主节点，而不是一个。

除了将主节点与用户进行关联(或者相反亦然)之外，该服务器400也可以单独地将一个或多个锚节点与每一用户关联起来。根据本发明，给定锚节点与给定用户的关联取决于该底层P2P方法所使用的技术。在下面的示例和讨论中，使用了Chord P2P方法。根据本发明的一个示例方法，服务器400可以按照下面将锚节点与用户关联起来。该服务器400确定网络100内的哪一节点具有最小的散列键，其值(数量，无地址)等于或者大于用户的键的值。在图1中所示的该示例中，Alice的键具有的值是4。该服务器400将这一信息传送到网络100中的每个节点，从而此后，每一节点都能够识别网络100内具有散列键的值为4的节点为用于该用户200的锚节点。在这一示例中，就是节点4。

类似地，虽然在图1中只示出了两个用户200、300，但是应该理解的是，该供应服务器400可以将多个用户与每一主节点相关联。因此，主节点7可以与多于一个用户200的用户相关联。一旦与一个用户关联，主节点就用于存储该用户的键、值对(例如用户ID和地址)。

同样地，该锚节点4，并且通常是该网络100内的每一锚节点可以用于存储已经在地理上与一个或多个用户关联的多个主节点的身份和地址。简言之，我们将解释本发明所提供的体系构架，诸如图1中所示的网络体系构架100，可以怎样用来快速建立信令路径和通信会话。然而对于现在而言，应该理解的是，图1中所示的网络体系构架100可以在0(1)步骤中建立信令路径，等于所谓的“常数”时间长度。通过“常数”时间长度，其意味着当网络中节点的总数或者用户的总数改变(例如增加)时，时间长度并不改变。也就是，不管P2P网络中节点的数量和用户的数量如何，使用相同数量的步骤(步骤的数量保持不变)就可以建立从给定起始点到给定目的地的信令路径/通信会话。

图1中所示的网络体系构架100所建立的信令路径和会话可以用于提供VoIP业务、其它语音业务、数据业务、和视频业务，这里只是列举了少数示例的名称。

在本发明还进一步的实施例中，该供应服务器400可以用于检测和分析该通信模式以及一个或多个用户的习惯。该服务器400可以使用该信息来确定其初始在地理上与用户关联的主节点是否应该改变。例如，如果该服务器400检测到一个或多个用户经常位于相同的地理区域中，那么该服务器400可以将这些用户与相同的主节点关联。这种重新关联可以改进建立信令路径/会话的快速性。

我们在前面提到，用户可以与多于一个的主节点关联(例如在用户的第一主节点失效的情况下)。对于锚节点也是这样的。根据本发明，通过该底层P2P方法论确定所使用的备用锚节点技术。

已经展示了图1中所示P2P网络体系构架100中的各种单元的说明，我们现在将注意力转移到这些单元是如何工作，以固定的、比先前所认为可能的时间更短的时间长度建立信令路径/通信会话。

现在参照图2，所示出的是根据本发明实施例的另一个环状P2P网络体系构架1000。图2中所示的网络体系构架1000包括一个或多个用户2000、3000，附图标记为00至70的一个或多个主节点和/或锚节点，以及供应服务器4000。

为了以常数时间长度建立会话，在本发明的一个实施例中，首先将来自用户2000的、建立与用户3000的信令路径/会话(例如电话呼叫)的请求路由到用户2000的主节点70，然后到该用户2000的锚节点30，再接着到该接受者用户3000的主节点10，并然后接着到达该接受者用户3000。通过接受者，其意味着该用户就是想要接收来自用户2000的电话呼叫的用户。

通过路由建立通过指定主节点和锚节点的信令路径/会话的请求，当该网络增长时，在建立信令路径/会话中涉及的节点的数目保持稳定。这是相比于现存的对等网络体系构架的显著优势。在本质上，本发明创建了一个体系构架，其包含一组主节点和锚节点，P2P网络内的一组节点(其中每一节点都知道其它的所有节点)。因为本发明所提供的P2P网络中的节点的数目典型地要比传统P2P中的少很多并且更加稳定，所以可以通过比先前所认为可能的要更加可预测和更快的方式建立信令路径/通信会话。我们现在提供可以如何根据本发明来建立信令路径/会话的可替换解释。

在开始，可以假定该用户2000知道她想要与用户3000说话，但是她不知道用户3000位于何处。该用户2000(即该用户2000所使用的装置)可以生成一个建立与用户3000的信令路径/会话的请求并将其发送到其主节点70。这个请求中是识别该用户3000的键(例如用户ID)。

当接收到来自用户2000的请求时，第一主节点70可以用于将该请求转发到第一锚节点30，要理解的是，该锚节点30是来自该用户2000的第一节点，其散列键的值等于或者大于该用户的键的值。当接收到该请求时，该锚节点30用于确定至少一个与用户3000关联的第一主节点。也就是，该锚节点30是用于确定哪一个主节点与所想要的接受者(即用户3000)相关联的单元。

根据本发明，每一锚节点包括存储器部分，其存储主节点的身份和地址以及与这些主节点关联的用户。在图2中所示的示例中，该锚节点30会仔细搜索或者访问其存储器部分来识别与该用户3000关联的主节点的身份和地址。在这种情况下，那个主节点就是图2中所示的节点10。

当识别与用户/接受者3000关联的主节点10之后，该锚节点30进一步用于将建立会话的请求转发到主节点10。应该理解的是，假定该主节点10对于接收这种请求是有效的。

根据本发明，该锚节点30可以已经存储了用于用户3000的第一和第二主节点。实现这一点，以确保如果该主节点10失效时可以建立信令路径/会话。也就是说，作为与该用户3000关联的第一主节点，节点10将要首先通过该锚节点30被选择。

锚节点30用于转发该请求，以形成到主节点10的信令路径/会话，其此后开始启动与该用户/接受者3000的信令路径/会话。要理解的是，在该请求被转发到第二主节点的情况下，本发明也提供用于以常数时间长度建立信令路径/会话。也就是说，第二主节点的使用并不会显著影响建立信令路径/会话所需要的时间。

虽然图1和2中所示的体系构架可以比常规技术以显著短的时间长度建立信令路径/会话，但是本发明人认识到通过研究用户的通信和位置习惯以及模式可以进一步缩短该时间长度。在本发明还进一步的实施例中，图2中的供应服务器4000等可以监视并分析该网络1000内的用户的习惯和模式。例如，服务器4000可以识别与用户2000最经常进行会话中频繁涉及的那些用户。此后，该供应服务器4000可以识别与该已识别的用户关联的主节点。一旦识别了用户以及他们关联的主节点之后，该供应服务器4000可以与用户2000的主节点进行通信，以将该信息提供给主节点70。当接收到这一信息之后，该主节点70可以在存储器或存储部分中缓存这一信息。此后，当该用户2000发送与她最经常进行通信的任何用户(即已经识别的用户)建立信令路径/会话的请求时，该主节点70可以查阅其缓存，并识别与其中一个用户关联的主节点。通过识别这种“伙伴”的主节点，主节点70可以绕开该锚节点30并且直接将请求发送到伙伴的主节点上。通过绕开锚节点，可以进一步缩短建立信令路径/会话所需要的时间。

在某些情况中，可能出现用户的键的值大于网络内所有任何节点的散列键的值。如果出现这种情况，本发明可以提供下面将锚节点与用户关联的示例方法，一种也是基于Chord方法论的方法。

根据本发明的Chord相关的示例，当用户的键的值大于该网络内每一节点的散列键的值时，该供应服务器4000等可以将用户与具有最低键值的锚节点关联。要注意的是，就像本领域的技术人员所认识到的那样，存在一种熟知的“绕回(wrap around)”情况，其中这种关联技术可以稍微变化。根据Chord方法论，当绕回情况本身出现时，散列键大于给定网络中任何节点的最大键的所有用户都停固在该网络中具有最低键的节点处。

在上面的讨论中，假定图1和2中所示的体系构架100、1000是单个业务提供商所运营的单个网络的一部分。然而，本发明并不仅限于由相同业务提供商运营的网络。根据本发明另外的实施例，本发明的特征和功能可以扩展到包括由多于一个的业务提供商所运营的多个网络的体系构架。

在本发明还进一步的实施例中，由不同业务提供商运营的每一网络的一个或多个节点可以当作代理节点，以在两个不同网络中的节点之间建立信令路径/会话。在这一实施例中，没有公开不同业务提供商的内部网络拓扑。在还有另一个实施例中，每一网络的一个或多个节点可以存储或者缓存在不同网络中的用户的主节点地址。虽然这样可以导致信令路径/会话的建立更快，但是其可能要求公开给定业务提供商的网络的内部拓扑。

如上面所简单提到的，供应服务器等可以用来将主节点和锚节点与用户关联，或者反之亦然。进一步，这种服务器也可以用来将散列值分配给用户和节点。通常，在本发明所提供的体系构架中所使用的服务器或设备可以包括一个或多个计算机可读媒体(例如存储器、处理器、硬件驱动器、CD/DVD存储器或者这些装置的某种组合)，用于存储一个或多个可以被执行以实施本发明的特征和功能的软件或固件程序。

上面的讨论已经陈述了本发明的某些示例。本发明所提供的一些特征包括：(a)基于缓存的P2P网络，其具有减少的查找/会话建立时间长度；(b)单独的主节点和锚节点，用于减少建立时间长度和增强用户与节点的地理关联性；以及(c)当节点故障时，负荷均匀分布。

然而本发明的实际范围在下面的权利要求书中陈述，其中词语“会话”用来代表信令路径、通信会话或者这二者。

Claims (10)

1.一种能够在基于分布散列表(DHT)的对等网络中以常数时间长度建立会话的体系构架，包括：

供应服务器，其用于将一个或多个用户与至少一个第一主节点在地理上进行关联，以及

进一步将每一用户关联到至少一个锚节点，

其中该体系构架能够以常数时间长度建立会话。

2.如权利要求1中的体系构架，进一步包括一个或多个第一主节点，每一主节点用于：

存储一个或多个关联的用户的身份和地址；以及

将建立会话的请求从关联的用户转发到接受者用户的锚节点或主节点。

3.如权利要求1中的体系构架，进一步包括一个或多个第一锚节点，每一锚节点用于：

存储已经在地理上与一个或多个用户关联的至少一个第一主节点的身份和地址；以及

使用所存储的接受者的主节点的身份和地址，将与关联的用户建立会话的请求转发到该请求所想要的接受者的主节点。

4.如权利要求1中的体系构架，其中该供应服务器进一步用于将与相同第一主节点关联的用户关联到不同的第二主节点，以在该第一主节点失效的时候在整个网络上均匀地分布该第一主节点的负荷。

5.如权利要求4中的体系构架，其中每一锚节点进一步用于存储与每一用户关联的至少一个第二主节点的身份和地址；

其中每一第二主节点是当第一主节点失效的时候用于其各自用户的备用主节点。

6.如权利要求1中的体系构架，其中所述会话包括基于互联网协议的语音(VoIP)会话。

7.如权利要求2中的体系构架，其中每一主节点用于为其关联的每一用户存储与一个或多个频繁涉及在与关联的用户的会话中的第三方用户相关联的一个或多个主节点的身份和地址。

8.一种用于在基于分布散列表(DHT)的对等网络中以常数时间长度建立会话的方法，包括：

将一个或多个用户与至少一个第一主节点在地理上进行关联；

进一步将每一用户关联到至少一个锚节点，

在一个或多个第一主节点中存储一个或多个关联的用户的身份和地址；以及

将请求从第一主节点转发到该请求所想要的接受者的锚节点或主节点，以在该接受者和与该转发主节点关联的用户之间建立会话。

9.如权利要求8中的方法，进一步包括：

在一个或多个锚节点中存储已经在地理上与一个或多个用户关联的至少一个第一主节点的身份和地址；以及

使用所存储的接受者的主节点的身份和地址，将请求从锚节点转发到请求所想要的接受者的主节点，以在该接受者和与该转发锚节点关联的用户之间建立会话。

10.如权利要求8中的方法，进一步包括：

将与相同第一主节点关联的用户关联到不同的第二主节点，以在该第一主节点失效的时候在整个网络上均匀地分布该第一主节点的负荷；以及

存储与每一用户关联的至少一个第二主节点的身份和地址；

其中每一第二主节点是当第一主节点失效的时候用于其各自用户的备用主节点。

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