CN101562568B - 覆盖网备用路径生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种覆盖网备用路径生成方法，该方法包括：利用覆盖网中的标志服务器节点对转发节点做网络测距，计算任意两个转发节点间的综合性能相似度，由综合性能相似度为具有相近性能的转发节点构建逻辑转发网络；接入服务器节点根据用户节点的请求转发节点消息在用户节点所在的自由域中选择逻辑转发网络，然后通过逻辑转发网络的入口转发节点找到服务转发节点；服务转发节点在所在的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据运行结果选择转发节点作为一次候选转发节点；对候选转发节点所能形成的路径做性能检测，保留通过性能检测的候选转发节点，在用户节点间进行业务通信时，根据业务从所保留的候选转发节点中选择合适的转发节点以构建备用路径。

Description

覆盖网备用路径生成方法和装置

技术领域

本发明涉及互联网中的路由优化，特别涉及基于分域协作的覆盖网备用路径生成方法和装置。

背景技术

互联网在最初设计时只针对数据传输服务，因此它所采用的best-effort数据传输方式仅仅提供了基本的端到端的连接，并不对丢包率、延迟、抖动和带宽等提供特别保证。然而，随着因特网规模的扩张，大量新型应用开始兴起，其中很多应用对网络传输性能的要求非常苛刻，例如，以网络视频、在线游戏和虚拟现实等为代表的新型业务对互联网提出了高带宽、低延迟、低抖动的需求。

同时，作为传统Internet网最核心的路由协议-BGP协议，自1995年完成修订后，迄今为止没有进行过较大的修改，随着网络的飞速扩展与互联关系的日益复杂，BGP路由协议在处理端到端传输时，其收敛慢、冗余性差、效率低的问题日渐凸显，已很难适应大量实时业务的传输要求。

早在90年代，为了解决实时业务传输质量难以保证的问题，许多研究人员先后提出了大量方案，IETF也制定了Intserv和Diffserv两种QoS架构，试图建立统一的解决方案。然而，由于互联网的底层网络资源分别归属于不同的国家机构和ISP，各自不同的利益追求很难达成整体的一致，因此，跨越多个网络的传输无法实现可操作的端到端服务质量保证方案。

近年来，研究者们提出采用在应用层架设覆盖网(Overlay)的方式，来绕过某些低效的BGP路径以提升端到端的连接性能，缩短故障恢复时间。所谓的覆盖网是在现有因特网上构建一个完全位于应用层的网络系统，即在IPv4底层网络的基础上通过节点之间单播机制将主机两两连接起来，形成一个虚拟、独立的网络。它存在于因特网基础设施和应用程序之间，利用ISP(Internet Service Provider，因特网服务提供商)提供的服务来向其用户提供更加优化的服务。可以认为，覆盖网是分布在因特网上的一组提供服务的终端主机的集合，它们为一个或多个应用程序提供下层的传输基础设施，并在某种程度上处理和转发应用程序的数据。覆盖网主要包括两个部分，分别为覆盖网节点和逻辑链路。覆盖网节点可以是各种网络功能节点，如路由器、服务器等，甚至可以是终端，这些节点通常具有路由、数据处理和数据保存等功能；而逻辑链路是由底层网络组成，通常对应底层的一条或多条物理路径。在Detour和RON等典型的Overlay技术中，研究者们已通过建设相应的实验网，验证了采用Overlay网络相对BGP在快速响应、故障恢复、业务QoS保证等方面的巨大优势。

覆盖网的主要功能之一是实现对业务数据传输的优化，而实现覆盖网传输优化的关键就是其路由方式。基于对现有路由覆盖网络技术方案的分析，最常见的覆盖网路由传输方式是基于选取转发节点绕路路由的方式。这种路由方式主要采用了中继转发路由的技术，即数据发送方把数据包发给转发节点，然后转发节点将数据包中继给数据接收方，从而构造相应的Overlay路径。已有研究发现2-跳的Overlay路径提供的传输性能、可靠性及路径多样程度(path diversity)与多跳Overlay路径提供的近似，因此大多数覆盖网出于简便和易于实现(不需要通过覆盖网络层实现非常复杂的路由机制)的目的，均采用这种经过一个转发节点转发的2-跳覆盖网路径。

对于这样的绕路路由构建方案，决定其所构建路由的质量的一个核心因素就是转发节点的选择是否恰当。现有的大多数的Overlay网络都是基于覆盖网自身的Overlay结构进行转发节点的选取和备用路径的构建。比如，在参考文献1“D.Andersen，H.Balakrishnan，M.Kaashoek，and R.Morris.Resilient Overlay Networks.In Proc.of the 18th Symposium onOperating System Principles，Banff，Canada，October 2001”中，RON对路径性能进行探测，基于探测结果进行路径筛选；而在参考文献2“C.Cheng，Y.Huan，H.Kung，C.Wu.Path probing relay routing for achieving highend-to-end performance.GLOBECOM 2004”中，Cheng提出了使用随机搜索的算法来发现可用的替换路径。上述算法在实现路径选取时，都只是基于对Overlay路径的分析，由于缺乏对底层网络拓扑信息的分析和利用，使得Overlay网络中所使用的备用路径与默认底层IP路径所使用的物理链路或路由器具有关联性，即备用路径可能会与默认路径同时失效，因此实际运行中所遇到的路径故障大约有40-50％无法在此类Overlay网络中避免。基于上述原因，在覆盖网中选择邻居转发节点时，应当充分考虑底层网络的信息。

发明内容

本发明的一个目的是克服现有技术中邻居转发节点所构建的备用路径与默认路径存在相关性的缺陷，从而提供一种备用路径生成方法。

本发明的另一个目的是提供一种备用路径生成装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种覆盖网备用路径生成方法，用于在包括接入服务器节点、标志服务器节点、转发节点和用户节点的覆盖网上为源用户节点选取合适的转发节点以构建从源用户节点到目的用户节点的备用路径，该方法包括：

步骤1)、利用所述覆盖网中的标志服务器节点对所述转发节点做网络测距，根据网络测距结果计算任意两个转发节点间的综合性能相似度，由所述综合性能相似度为具有相近性能的转发节点构建逻辑转发网络；其中，在所述覆盖网的一个自由域内属于同一逻辑转发网络的转发节点拥有同一个入口转发节点；

步骤2)、所述接入服务器节点根据所述用户节点的请求转发节点消息在所述用户节点所在的自由域中选择逻辑转发网络，然后通过所述逻辑转发网络的入口转发节点找到与所述入口转发节点在同一自由域且同一逻辑转发网络的转发节点作为服务转发节点；所述服务转发节点在所在的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据该算法的运行结果选择转发节点作为一次候选转发节点；其中，

所述的BFBB算法在计算网络拓扑图中每个节点的度和核度后，在当前节点上通过广度优先算法在所述网络拓扑图上选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点；若所能找到的节点的数目无法满足要求，则将当前节点的度与核度的商的值递减后，重新在当前节点上利用广度优先算法选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点，直到满足对所选取节点的数目要求；

步骤3)、对候选转发节点所能形成的路径做性能检测，保留通过性能检测的候选转发节点，在所述用户节点间进行业务通信时，根据业务从所保留的候选转发节点中选择合适的转发节点以构建备用路径。

上述技术方案中，在所述步骤2)中所得到的一次候选转发节点的数目小于用户的需求时，在所述的步骤2)和所述的步骤3)之间还包括选取二次候选转发节点的步骤，该步骤包括：

在所述覆盖网的网络拓扑图上运行BFBB算法；

根据所述BFBB算法的计算结果，从所述覆盖网中选取一个自由域，在该自由域内选择转发节点作为二次候选转发节点；所选取的转发节点尽量不属于所述第一用户节点所在自由域内的逻辑转发网络。

上述技术方案中，所述的步骤1)包括：

步骤1-1)、所述覆盖网中的所有转发节点对所述覆盖网中的所有标志服务器节点做网络测距，得到关于延迟、丢包率和瓶颈带宽的指标；

步骤1-2)、根据所述指标计算任意两个转发节点间的综合性能相似度；

步骤1-3)、对所有的综合性能相似度结果做排序，然后为所述排序结果分段，将具有相近综合性能的转发节点分配到同一个逻辑转发网络。

上述技术方案中，所述的步骤1)还包括：

步骤1-4)、由所述逻辑转发网络的入口转发节点向邻居域的入口转发节点做链路性能探测；所述链路性能包括路径的延迟、丢包率和瓶颈带宽；

步骤1-5)、所述链路性能探测的结果保存到入口转发节点的链路状态表中，所述链路状态表的信息定时向邻居域的入口转发节点更新。

上述技术方案中，在所述的步骤1-2)中，所述综合性能相似度采用下列公式计算：

$I_{\mathrm{AB}}=\sqrt{{\left(\mathrm{\α}\frac{1}{D_{\mathrm{Av}}}\right)}^2+{\left(\mathrm{\β}\frac{1}{{\mathrm{Ls}}_{\mathrm{Av}}}\right)}^2+{\left(\mathrm{\γ}\frac{1}{{\mathrm{Bw}}_{\mathrm{Av}}}\right)}^2}$

I_AB表示节点A与节点B之间的综合性能相似度，D_Av表示节点A与节点B间的延迟相似度，Ls_Av表示节点A与节点B间的丢包率相似度，Bw_Av表示节点A与节点B间的瓶颈带宽相似度，α、β、γ为网络系统对性能的要求有关的常量值；其中，

$D_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{(D_{{\mathrm{AL}}_1}-D_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{nD}}_{{\mathrm{AL}}_2}-D_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+...+{(D_{{\mathrm{AL}}_n}-D_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}$

${\mathrm{Ls}}_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_1}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_2}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+...+{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_n}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}$

${\mathrm{Bw}}_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_1}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_2}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+...+{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_n}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}$

表示节点A与覆盖网中第i个标志服务器节点间的延迟指标，

表示节点A与覆盖网中第i个标志服务器节点间的丢包率指标，Bw_Av表示节点A与覆盖网中第i个标志服务器节点间的瓶颈带宽指标。

上述技术方案中，所述的步骤2)包括：

步骤2-1)、所述接入服务器节点根据所述用户节点发起的请求转发节点消息在所述用户节点所在自由域中选择逻辑转发网络，并将所述逻辑转发网络的入口转发节点的地址通知所述用户节点；

步骤2-2)、所述入口转发节点根据所述用户节点发起的请求转发节点消息选取一个与该入口转发节点具有相同自由域和相同逻辑转发网络的转发节点，作为为所述用户节点服务的服务转发节点；

步骤2-3)、所述服务转发节点在自身的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据算法的运行结果在所述覆盖网中选择有别于所述服务转发节点所在自由域的自由域，然后在所述自由域内选择与该服务转发节点具有相同逻辑转发网络的转发节点作为一次候选转发节点，所述一次候选转发节点返回给所述的第一用户节点。

上述技术方案中，所述的步骤2)还包括：

步骤2-4)、所述用户节点将接收到的一次候选转发节点与自身的一次候选转发节点列表进行比较；

步骤2-5)、所述用户节点向不存在于所述列表中的新的转发节点发送自身的信息，从而在所述新的转发节点的链路状态表中查询所述新的转发节点所在自由域与所述用户节点所在自由域之间的链路属性信息；

步骤2-6)、所述链路属性信息返回并保存到所述用户节点。

上述技术方案中，在所述的步骤2-1)中，所述接入服务器节点根据用户节点发起的请求转发节点消息在所述用户节点所在自由域中选择逻辑转发网络时，选择尽可能多的逻辑转发网络。

上述技术方案中，在所述的选取二次候选转发节点的步骤后，还包括：

所述的用户节点对所述的二次候选转发节点做周期性的路径性能探测，并将探测结果保存到所述用户节点的链路状态表中。

上述技术方案中，在所述的步骤3)中，对候选转发节点所能形成的路径做性能检测包括：

步骤3-1)、用户节点根据业务的类型确定路径的门限指标；

步骤3-2)、从所述一次候选转发节点中选择转发节点；

步骤3-3)、获取一用户节点经由所选择的转发节点至另一用户节点的路径性能；

步骤3-4)、将步骤3-3)所获取的路径性能与步骤3-1)中所确定的门限指标进行比较，根据比较结果确定路径是否通过了性能检测。

上述技术方案中，对候选转发节点所能形成的路径做性能检测还包括：

步骤3-5)、当所述一次候选转发节点中能够通过路径性能检测的转发节点数目无法满足用户要求时，从所述二次候选转发节点中选择转发节点；

步骤3-6)、获取一用户节点经由所选择的转发节点至另一用户节点的路径性能；

步骤3-7)、将步骤3-6)所获取的路径性能与步骤3-1)中所确定的门限指标进行比较，根据比较结果确定路径是否通过了性能检测。

上述技术方案中，在所述的步骤3-3)中，获取所述第一用户节点经由所选择的转发节点至所述第二用户节点的路径性能包括：

从所选择的转发节点的链路状态表中查询从所述转发节点所在自由域到所述第二用户节点所在自由域间的链路属性，从所述第一用户节点的链路状态表中获取从所述第一用户节点所在自由域到所述转发节点所在自由域的链路属性，进而获取所述第一用户节点经由所选择的转发节点至所述第二用户节点的路径性能；

或所选择的转发节点通过路径探测，得到从所述转发节点所在自由域到所述第二用户节点所在自由域间的链路属性，从所述第一用户节点的链路状态表中获取从所述第一用户节点所在自由域到所述转发节点所在自由域的链路属性，进而获取所述第一用户节点经由所选择的转发节点至所述第二用户节点的路径性能。

上述技术方案中，在所述的步骤3-6)中，获取所述第一用户节点经由所选择的转发节点至所述第二用户节点的路径性能包括：

所选择的转发节点通过路径探测，得到从所述转发节点所在自由域到所述第二用户节点所在自由域间的链路属性，从所述第一用户节点的链路状态表中获取从所述第一用户节点所在自由域到所述转发节点所在自由域的链路属性，进而获取所述第一用户节点经由所选择的转发节点至所述第二用户节点的路径性能。

本发明还提供了一种覆盖网备用路径生成装置，用于在包括接入服务器节点、标志服务器节点、转发节点和用户节点的覆盖网上为源用户节点选取合适的转发节点以构建从源用户节点到目的用户节点的备用路径，该装置包括逻辑转发网络创建模块、一次候选转发节点选取模块以及性能检测模块；其中，

所述的逻辑转发网络创建模块利用所述覆盖网中的标志服务器节点对所述转发节点做网络测距，根据网络测距结果计算任意两个转发节点间的综合性能相似度，由所述综合性能相似度为具有相近性能的转发节点构建逻辑转发网络；其中，在所述覆盖网的一个自由域内属于同一逻辑转发网络的转发节点拥有同一个入口转发节点；

所述的一次候选转发节点选取模块用于由所述接入服务器节点根据所述用户节点的请求转发节点消息在所述用户节点所在的自由域中选择逻辑转发网络，然后通过所述逻辑转发网络的入口转发节点找到与所述入口转发节点在同一自由域且同一逻辑转发网络的转发节点作为服务转发节点；所述服务转发节点在所在的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据该算法的运行结果选择转发节点作为一次候选转发节点；其中，

所述的BFBB算法在计算网络拓扑图中每个节点的度和核度后，在当前节点上通过广度优先算法在所述网络拓扑图上选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点；若所能找到的节点的数目无法满足要求，则将当前节点的度与核度的商的值递减后，重新在当前节点上利用广度优先算法选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点，直到满足对所选取节点的数目要求；

所述的性能检测模块用于对候选转发节点所能形成的路径做性能检测，保留通过性能检测的候选转发节点，在所述用户节点间进行业务通信时，根据业务从所保留的候选转发节点中选择合适的转发节点以构建备用路径。

上述技术方案中，还包括二次候选转发节点选取模块，该模块用于在所述覆盖网的网络拓扑图上运行BFBB算法，然后根据所述BFBB算法的计算结果，从所述覆盖网中选取一个自由域，在该自由域内选择转发节点作为二次候选转发节点；所选取的转发节点尽量不属于所述第一用户节点所在自由域内的逻辑转发网络。

本发明的优点在于：

本发明能够显著地提高转发邻居节点的命中率，降低所构建备用路径与默认路径同时发生故障的可能性。

附图说明

图1为本发明中所涉及的覆盖网的一个实施例的示意图；

图2为将覆盖网中的转发节点构建逻辑转发网络的示意图；

图3为一个AS内且属于同一逻辑转发网络的所有转发节点对外所提供的入口转发节点的示意图；

图4为逻辑转发网络中的各个节点发送链路状态表的示意图；

图5为已经为转发节点构建逻辑转发网络的覆盖网的示意图；

图6为对图5中的用户节点C1与用户节点C2建立业务通信的示意图；

图7为本发明的备用路径生成方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

在本发明中，所涉及的覆盖网可以应用在多种类型的网络，如P2P网络、CDN网络以及各种Overlay网络，如RON、QRON、NIRA.OverQos等。在下面的实施例中，所涉及的覆盖网不限于具体的网络类型，可在前面所提到的各种网络上应用。

在本发明中，覆盖网中的各个节点可分为三种类型，包括服务节点、转发节点以及用户节点，其中的服务节点又可进一步分为接入服务器节点(Server)和标志服务器节点(Landmark)。所述的接入服务器节点用于存储和维护系统信息，而标志服务器节点则用于实现网络测距，在本发明中，所述的网络测距主要包括测量延迟、抖动和瓶颈带宽。所述的转发节点用于向用户提供稳定的转发服务，或在系统启动时启动路由转发服务。所述的用户节点是网络系统中接受路由优化服务的客户。上述的服务节点、转发节点以及用户节点之间相互连接，从而构成所述的覆盖网。覆盖网中各种类型的节点都不限于一个。

在上述覆盖网中，不同用户节点间做数据通信时存在默认的路径，但这些默认路径会由于各种各样的原因而发生故障，因此需要采用本发明的方法从网络中选择合适的转发节点，进而构建最适合的备用路径，使得默认路径发生故障后可以切换到这些备用路径上实现用户节点间的继续通信。本发明在为用户节点选择转发节点时，需要首先为覆盖网中的各个转发节点构建逻辑转发网络(LFN，Logical Forward Network)，将具有相似性能的转发节点分配到同一个逻辑转发网络中，将性能存在明显差异的转发节点分配到不同的逻辑转发网络中；然后再根据需要从各个逻辑转发网络选择候选邻居转发节点，从所述候选邻居转发节点中得到某一用户节点的转发节点；最后就可以根据所选取的转发节点构建备用路径。在对本发明的上述实现方法做进一步说明前，首先对其中所涉及到的概念、算法做统一的说明。

一、综合性能相似度计算方法

在前面已经提到，本发明需要将整个覆盖网中具有相近性能的转发节点分配到同一逻辑转发网络中。对转发节点的这一分配过程可通过综合性能相似度计算方法实现。

在这一计算方法中，首先从覆盖网中选取一个转发节点，然后用这一转发节点对覆盖网中所有的标志服务器节点做网络测距，得到关于延迟、丢包率和瓶颈带宽的指标。若覆盖网中的标志服务器节点有n个，则转发节点的网络测距结果由n个分量组成，每个分量包括该转发节点对一个标志服务器节点的网络测距结果。对覆盖网中的所有转发节点都做上述操作，即可得到所有转发节点的网络测距结果。

在得到转发节点的网络测距结果后，就可以根据网络测距结果计算转发节点间的两两相似度。在前面已经提到，网络测距结果包括关于延迟、丢包率和瓶颈带宽的指标，因此，转发节点间的相似度可分为延迟相似度D_Av、丢包率相似度Ls_Av和瓶颈带宽相似度Bw_Av。

假设要计算某一覆盖网中的两个转发节点A、B间的相似度，该覆盖网中的标志服务器节点有n个，用L₁，L₂...L_n表示，则用表示转发节点X与某一标志服务器节点L_i间的延迟，其中X∈(A，B)，L_i∈(L₁，L₂，…，L_n)。同样的，可以用

表示转发节点X与某一标志服务器节点L_i间的丢包率，用

表示转发节点X与某一标志服务器节点L_i间的瓶颈带宽。转发节点A、B间的延迟相似度D_Av、丢包率相似度Ls_Av和瓶颈带宽相似度Bw_Av可采用如下公式计算：

$D_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{(D_{{\mathrm{AL}}_1}-D_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{nD}}_{{\mathrm{AL}}_2}-D_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+...+{(D_{{\mathrm{AL}}_n}-D_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}---\left(1\right)$

${\mathrm{Ls}}_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_1}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_2}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+...+{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_n}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}---\left(2\right)$

${\mathrm{Bw}}_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_1}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_2}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+...+{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_n}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}---\left(3\right)$

在得到延迟相似度D_Av、丢包率相似度Ls_Av和瓶颈带宽相似度Bw_Av后，可进一步计算两个转发节点间的综合性能相似度I_AB，其计算公式如下：

$I_{\mathrm{AB}}=\sqrt{{\left(\mathrm{\α}\frac{1}{D_{\mathrm{Av}}}\right)}^2+{\left(\mathrm{\β}\frac{1}{{\mathrm{Ls}}_{\mathrm{Av}}}\right)}^2+{\left(\mathrm{\γ}\frac{1}{{\mathrm{Bw}}_{\mathrm{Av}}}\right)}^2}---\left(4\right)$

在上述公式中，α、β、γ为常量值，它们的大小与网络系统对具体性能的要求有关，若网络系统对丢包率的要求较高，则β的数值与α、γ相比就相对较高。

二、限界广度优先算法BFBB

限界广度优先算法BFBB是在覆盖网的网络拓扑图中基于拓扑分析寻找转发节点的方法。该方法包括以下步骤：

步骤1)、计算拓扑图中每个节点的度(degree)和核度(coreness)。度的大小由拓扑图中与节点相交的边的个数而定，而核度的大小也可通过现有技术计算得到。在参考文献3“A.Hamelin，J.Lgnacio，D.A.Luca，B.Alain and V.Alessandro.k-core decomposition：a tool for the visualization oflarge scale networks，http://arxiv.org/abs/cs.NI/0511007，2005”中有对如何计算核度的详细说明。

步骤2)、在拓扑图中选择一个节点作为当前节点，并计算两个变量REF和Cornref的值，其中REF＝degree/coreness，Cornref＝coreness。

步骤3)、在当前节点调用广度优先算法，在拓扑图上选取coreness＞＝Cornref且degree/coreness＞REF的节点，若所能找到的节点个数无法达到用户的要求，则继续执行下一步。

步骤4)、令REF＝REF-1后，重新执行前一步骤。

步骤5)、将查找到的节点返回后，结束计算过程。

三、IPtoAS算法

该算法主要用于通过IP地址查找该IP地址所属的AS(自治域)，其实现包括以下步骤：

1、得到熟知的AS号及其所拥有IP前缀的对照表

2、将所有IP前缀存储为一颗Trie树，叶子节点为AS号

3、依据所输入的IP地址IP_i，查询Trie树，依据最长匹配的原则，选取对应的AS号AS_i，然后将结果返回。

在对本发明所涉及的算法统一做解释说明后，下面结合附图对本发明进行说明。

在图1所示的覆盖网络中，包括有标志服务器节点(用L表示)、接入服务器节点(用S表示)、转发节点(用F表示)以及用户节点(用C表示)。上述各类节点存在于不同的AS域内。

在某一时刻，如覆盖网络初次启动时，将覆盖网中的所有转发节点(包括有转发功能的服务节点)按照性能构建逻辑转发网络，从而将具有近似性能的转发节点分配到同一逻辑转发网络中。在构建逻辑转发网络时，根据前述的综合性能相似度计算方法所述，由各个转发节点对所有的标志服务器节点进行探测，测量其到标志服务器节点的延迟，丢包率和瓶颈带宽，进而利用前述的公式(1)-公式(4)对各个转发节点间的综合性能相似度进行计算。在得到所有转发节点相互间的综合性能相似度后，可对所有的相似度结果进行排序，然后再将排序结果分段，从而把综合性能相近的转发节点分配到一起，从而构建出多个逻辑转发网络。由于在逻辑转发网络中，转发节点之间需要定期地进行路径性能的探测，并发布探测结果，因此需要对逻辑转发网络中转发节点的数目进行控制，以避免由于转发节点的数量太多而导致系统开销太大的问题。因此，在本实施例中，将一个逻辑转发网络规模限制为50个转发节点，如果某一逻辑转发网络内所包含的转发节点数超过50，则可将这一逻辑转发网络拆分。以图2为例，从AS1到AS7的多个自由域中，各自有不同数目的转发节点，这些转发节点按照性能分别被分配到了LFN1、LFN2、LFN3三个逻辑转发网络中，一个逻辑转发网络所包含的转发节点并不局限于某一AS，而是不同AS内转发节点的集合。此外，虽然在图2中在一个AS内对于某一逻辑转发网络只示出了一个节点，但这一节点实际上由多个转发节点组成，只是对外以一个节点的形式表示。这类节点也被称为逻辑转发网络中的逻辑节点(LN)。如图3所示，一个逻辑转发网络在一个AS内的一个逻辑节点拥有多个(这里是5)个转发节点，这些属于同一逻辑节点的所有转发节点间彼此全互连。

为了适应前述逻辑节点的现象，所有在一个AS内且属于同一逻辑转发网络的所有转发节点会对外推选出一个入口转发节点(AC)，由该节点向用户节点分配具体的转发节点以及负责本逻辑转发网络内不同逻辑节点之间链路性能的探测。如图3所示，转发节点F6就是在一个AS内所拥有的5个转发节点的入口转发节点。入口转发节点在做链路性能探测时，主要探测该入口转发节点与邻居域的入口转发节点间路径的延迟、丢包率和瓶颈带宽，所得到的探测结果会存储在链路状态表中。在一个实例中，假设一入口转发节点AC_i向邻居域的入口转发节点AC_j发起链路性能探测，所得到的探测结果保存在自身的链路状态表中。AC_i每过30秒，将自己的链路状态表定期发送给邻居AC_j，邻居AC_j收到后，跟自己的链路状态表进行比较更新。一种优选的更新顺序是优先比较延迟，其次是丢包率，最后比较瓶颈带宽，当然这一更新顺序也可根据需要改变。每个AC要将自己的链路状态表同本AS内的其他同属一个逻辑转发网络的转发节点进行共享。每隔15分钟重复上述过程，以保持链路的实时状态。在图4中对链路状态表的上述传递过程做了示意性说明。需要说明的是，此次所涉及的链路状态表更新时间的间隔只是举例说明之用，在实际应用中并不限于上述时间间隔。

在为覆盖网络中的各个转发节点构建逻辑转发网络后，若有新的转发节点加入覆盖网络(可以是新部署的专用转发节点，也可以是由性能优异、在线时间稳定的用户节点所提升的转发节点)，则利用新的转发节点对标志服务器节点做网络测距，测量其到标志服务器节点的延迟，丢包率和瓶颈带宽。然后从每个已经产生的逻辑转发网络中随机选取一个转发节点，调用前述的综合性能相似度计算方法，计算新增加的转发节点与这些随机选择的转发节点之间的综合性能相似度。在前面的说明中已经提到，在生成逻辑转发网络时，是将所有转发节点间的综合性能相似度做排序、分段后得到的，因此每个逻辑转发网络对应有一段特定的综合性能相似度区间。因此，在得到新增加的转发节点与随机选择的转发节点间的综合性能相似度后，先选择其中的最大值，然后将该最大值与所对应的随机选择的转发节点所在逻辑转发网络的综合性能相似度区间进行比较，若最大值在这一区间内，则新增加的转发节点就在该随机选择的转发节点所在逻辑转发网络内。若最大值并不在这一区间内，则从新增加的转发节点与这些随机选择的转发节点间的综合性能相似度中选择次大值，继续前述的比较过程，根据比较结果决定新增加的转发节点是否能够加入到相应的逻辑转发网络内。如果新增加的转发节点无法加入任何已有的逻辑转发网络，则该新增加的转发节点形成一个新的逻辑转发网络。在将新增加的转发节点加入已有逻辑转发网络的过程中，如果逻辑转发网络在加入新的转发节点后，超出了规模限制，则分裂该逻辑转发网络。

覆盖网络在如前所述构建逻辑转发网络后，即可向用户节点提供选取转发节点从而构建备用路径的服务。以图5所示的覆盖网络为例，在整个网络中包括有三个逻辑转发网络，分别用LFN1、LFN2、LFN3表示。LFN1所包含的转发节点在AS1、AS2、AS3、AS4、AS5内，而LFN2所包含的转发节点在AS1、AS3、AS4、AS5和AS6内，LFN3所包含的转发节点在AS1、AS2、AS3、AS4、AS5和AS6内。在AS1内有一个用户节点，用C1表示。在某一时刻，用户节点C1发起请求转发节点的消息，为该用户节点选取转发节点的操作如下。

覆盖网络中的接入服务器节点在收到用户节点C1的请求转发节点消息后，运行前述的IPtoAS算法，知道用户节点所在的AS，从图5可以知道，C1所在的AS为AS1。然后对AS1内所包含的逻辑转发网络的个数进行查询，根据请求转发节点消息中所请求的转发节点的个数，选择尽可能多的逻辑转发网络，并将这些逻辑转发网络在AS1内的入口转发节点通知C1。假设在一个实例中，用户节点C1所请求的转发节点的个数有4个，由于AS1内所包含的逻辑转发网络的个数有3个，因此逻辑转发网络LFN1、LFN2、LFN3都被选中，并将它们的入口转发节点的地址都发送给C1。当然，如果用户节点C1所请求的转发节点的数目小于AS1内所包含的逻辑转发网络的个数，则在AS1内可任意选择与所请求的转发节点数目相同的逻辑转发网络。

用户节点C1在得到各个逻辑转发网络的入口转发节点的地址后，向这些入口转发节点各自发出请求转发节点的消息。各个入口转发节点在收到请求转发节点的消息后，依据负载平衡的原则，在所属LN中选取一个合适的转发节点以服务于用户节点C1，帮助用户节点C1进一步查找所需要的转发节点。由于本步骤选取的转发节点起到服务的作用，因此，这一转发节点也被称为服务转发节点，用LFNs表示。如图5所示，用户节点C1在LFN1、LFN2、LFN3中各自查找一个服务转发节点，分别用LFNs₁、LFNs₂和LFNs₃表示。由于这些服务转发节点都是由入口转发节点在自身所属的LN中找到的，因此它们都存在于AS1中。

在得到服务转发节点LFNs_i后，由这些服务转发节点在各自的逻辑转发网络上运行前述的BFBB算法，选取拓扑位置合适的n个AS，并随机地从这n个AS中选择m个属于该逻辑转发网络的转发节点。其中，所述的n的大小为用户请求的转发节点数目与服务器在用户节点所在AS中选中的LFN网络的个数的商；所述的m的个数通常为1或2，也可根据系统情况确定。此次计算过程中所得到的转发节点被称为一次候选转发节点。仍然以图5所示的实例为例，用户节点C1通过服务转发节点LFNs₁、LFNs₂和LFNs₃分别在LFN1、LFN2、LFN3上找到了一个转发节点，这3个转发节点形成了一次候选转发节点。由于转发节点的作用是在不同AS域间建立路径，因此所得到的一次候选转发节点一定不存在于用户节点C1所在的AS1中，而是在其他AS内，如对于LFN1而言，可能在AS2或AS3或AS4或AS5内。假设LFN1内所选取的转发节点位于AS3内，LFN2所选取的转发节点位于AS5内，LFN3所选取的转发节点也位于AS5内。

在得到一次候选转发节点后，需要将它们返回给用户节点C1。在用户节点C1上保存有一张一次候选转发节点列表，将新得到的一次候选转发节点与所述的一次候选转发节点列表进行比较，若某一一次候选转发节点已经存在于用户节点C1的一次候选转发节点列表中，则忽略，否则用户节点C1将自身的IP(SourceIP)地址信息发送给该一次候选转发节点，由这一一次候选转发节点根据IP地址信息和IPtoAS算法得到用户节点C1所在的AS，然后在该候选转发节点所保存的链路状态表中查询候选转发节点所在AS到用户节点C1所在AS的链路性能，所得到的结果返回给用户节点C1并保存。对新得到的一次候选转发节点重复执行上述操作。

前述操作所得到的一次候选转发节点的数目可能已经满足用户节点对转发节点的数目要求，也可能不能满足要求。如在本实施例中，用户节点C1所要求的转发节点为4个，而一次候选转发节点只有3个，并不能满足要求。对于此类情况，需要由用户节点再次向接入服务器节点发起请求转发节点消息，以第二次进行候选转发节点的选取。在进行第二次候选转发节点的选取时，为了避免所选取的转发节点与一次候选转发节点相冲突，采用与选取一次候选转发节点时不同的选取方法。具体的说，接入服务器节点在收到请求转发节点的消息后，在整个AS网络拓扑图上运行BFBB算法寻找合适的AS，在找到AS后，从中选出所需数目的转发节点，在选取过程中应当尽量保证所选择的转发节点不属于用户节点所在AS内的逻辑转发网络。例如，在图5中已经知道，C1所在的AS为AS1，而AS1中所包含的逻辑转发网络有LEN1、LEN2、LEN3。那么在第二次选取转发节点的过程中，尽量不要选取LEN1、LEN2、LEN3中所包含的转发节点。如在AS3中存在F4，它不属于前述的LEN1、LEN2、LEN3，因此可以将它作为所要选择的候选转发节点。只有在整个覆盖网络中，不存在独立于用户节点所在AS内的逻辑转发网络的转发节点时，才在这些逻辑转发网络中选择相应的转发节点。即使如此，也要尽量避免选择那些已经被选入一次候选转发节点中的转发节点。为了与一次候选转发节点相区别，此次选择所得到的转发节点被称为二次候选转发节点。对于每个二次候选转发节点，由于不是通过用户节点C1所在AS内的逻辑转发网络选取的，因此不能通过查询C1所在AS内的逻辑转发网络的链路状态表，获取C1到每个二次候选转发节点的路径性能，因此，C1需要对每个二次候选转发节点进行周期型的路径性能探测，并将探测结果保存到用户节点C1的链路状态表中，以备构造备用路径之用。

用户节点C1在得到候选转发节点后，就可以根据业务的需求选择具体的转发节点，从而构建相应的备用路径。如图6所示，在本实施例中，假设要在图5所示的覆盖网络的基础上，实现用户节点C1与用户节点C2间的通信。

用户节点C1首先需要确定业务的类型，然后根据业务类型确定该业务对哪一个性能指标更为敏感，从而决定路径的门限指标Th。假设用户节点C1、C2间的业务为文件传输业务，则该业务对丢包率和瓶颈带宽更加敏感，因此将与丢包率和瓶颈带宽有关的数值作为路径的门限指标。此外，还要提取出业务传输源地址(即C1的IP地址)和业务传输目的地址(即C2的IP地址)。

用户节点C1的候选转发节点中至少包括一次候选转发节点，因此首先从一次候选转发节点中选取节点做性能检测，以得到可行的转发节点。已知用户节点C1的一次候选转发节点有3个，按序选择其中的一个候选转发节点，假设先选择LFN1中且位于AS3内的候选转发节点，对所选择的候选转发节点做性能检测。在性能检测过程中，用户节点C1将业务传输目的地址(即C2的IP地址)发送给所选择的候选转发节点，该节点运行所述的IPtoAS算法后查找到用户节点C2所在的AS，然后在候选转发节点自身的链路状态表中查询从候选转发节点所在的AS到用户节点C2所在的AS的链路属性，如果能够找到，则将所找到的链路属性信息返回给用户节点C1，如果不能找到，则候选转发节点发起对用户节点C2的探测，将探测得到的链路属性信息返回给用户节点C1。用户节点C1得到从候选转发节点到用户节点C2的链路属性信息后，将该信息与用户节点C1的链路状态表中所记录的用户节点C1到候选转发节点的链路属性信息进行加权，从而得到从用户节点C1(即业务传输源)经由候选转发节点到用户节点C2(即业务传输目的)的整条路径的链路属性信息。在前面的说明中已经提到，链路属性信息包括延迟、丢包率和瓶颈带宽等多个性能的相关信息，因此可以将所得到的链路属性信息与为该业务设定的路径门限指标Th进行比较，若能达到路径门限指标Th，则所述的候选转发节点将作为可行的转发节点并保存相关的信息，若不能达到路径门限指标Th，则忽略该候选转发节点。对于一次候选转发节点中的其它候选转发节点做类似的操作，从而得到这些候选转发节点能否成为可行的转发节点的结论。

从一次候选转发节点得到可行的转发节点后，可行的转发节点的数目可能多于用户的需求，此时从可行的转发节点中选取若干个转发节点作为最佳的转发节点，若可行的转发节点的数目少于用户的需求，则需要继续从二次候选转发节点中选取可行转发节点。虽然在本实施例中，用户节点C1的二次候选转发节点只有1个，但在多数情况下，二次候选转发节点的数目多于1个，因此同样按序依次选择一个节点做性能检测。在性能检测过程中，由于在多数情况下，二次候选转发节点不属于用户节点所在AS内的逻辑转发网络中的节点，因此，无法通过查询链路状态表的方式得到二次候选转发节点到作为业务传输目的的用户节点C2的链路属性信息。因此，作为业务传输源的用户节点C1将用户节点C2的IP地址发送给候选转发节点，由该节点对用户节点C2发起探测，探测所得到的从候选转发节点到用户节点C2的链路属性信息将返回给用户节点C1。用户节点C1将候选转发节点所返回的候选转发节点到用户节点C2的链路属性信息与用户节点C1的链路状态表中所记录的用户节点C1到候选转发节点的链路属性信息进行加权，从而得到从用户节点C1(即业务传输源)经由候选转发节点到用户节点C2(即业务传输目的)的整条路径的链路属性信息。在得到整条路径的链路属性信息后，可将其与路径门限指标Th进行比较，根据比较结果确定是否将该候选转发节点作为可行的转发节点。当二次候选转发节点中的节点数目多于1个时，对于其它节点同样做此类操作。

从上述说明可以看出，由一次候选转发节点和二次候选转发节点可得到可行转发节点，并由可行转发节点进而得到最佳可行转发节点。在一个可选实现方式中，若所要执行的业务不仅仅是对延迟，丢包率和瓶颈带宽等链路性能中的一个或者多个敏感，则需要对由最佳可行转发节点确定的备用路径进一步探测最能影响该业务性能的其他指标，如抖动、可用带宽等，并根据探测结果对最佳可行转发节点做进一步的筛选。

在得到最佳可行转发节点后，当所监测的原路径性能在此期间发生了从良好到恶化的变化，从而需要做路径切换时，切换至最佳可行转发节点，通过这些转发节点转发数据，或通过Overlay路径与默认路径的组合同时发送数据，增加通信鲁棒性，并同时监测原路径的性能。在此期间，如果原路径性能恢复，则切换回原路径。

本发明还提供了与前述方法相对应的覆盖网备用路径生成装置，用于在包括接入服务器节点、标志服务器节点、转发节点和用户节点的覆盖网上为源用户节点选取合适的转发节点以构建从源用户节点到目的用户节点的备用路径，该装置包括逻辑转发网络创建模块、一次候选转发节点选取模块以及性能检测模块；其中，

所述的逻辑转发网络创建模块利用所述覆盖网中的标志服务器节点对所述转发节点做网络测距，根据网络测距结果计算任意两个转发节点间的综合性能相似度，由所述综合性能相似度为具有相近性能的转发节点构建逻辑转发网络；其中，在所述覆盖网的一个自由域内属于同一逻辑转发网络的转发节点拥有同一个入口转发节点；

所述的一次候选转发节点选取模块用于由所述接入服务器节点根据所述用户节点的请求转发节点消息在所述用户节点所在的自由域中选择逻辑转发网络，然后通过所述逻辑转发网络的入口转发节点找到与所述入口转发节点在同一自由域且同一逻辑转发网络的转发节点作为服务转发节点；所述服务转发节点在所在的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据该算法的运行结果选择转发节点作为一次候选转发节点；其中，

所述的BFBB算法在计算网络拓扑图中每个节点的度和核度后，在当前节点上通过广度优先算法在所述网络拓扑图上选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点；若所能找到的节点的数目无法满足要求，则将当前节点的度与核度的商的值递减后，重新在当前节点上利用广度优先算法选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点，直到满足对所选取节点的数目要求；

所述的性能检测模块用于对候选转发节点所能形成的路径做性能检测，保留通过性能检测的候选转发节点，在所述用户节点间进行业务通信时，根据业务从所保留的候选转发节点中选择合适的转发节点以构建备用路径。

在另一个实施例中，覆盖网备用路径生成装置还包括二次候选转发节点选取模块，该模块用于在所述覆盖网的网络拓扑图上运行BFBB算法，然后根据所述BFBB算法的计算结果，从所述覆盖网中选取一个自由域，在该自由域内选择转发节点作为二次候选转发节点；所选取的转发节点尽量不属于所述第一用户节点所在自由域内的逻辑转发网络。

本发明的方法与现有的Overlay技术中采用的简单大强度探测和全互联路由通告方式相比，通过获取并有效分析、利用底层的拓扑知识以及对转发节点进行合理的分域，从而显著地提高转发邻居节点的命中率。而转发节点内部通过提前探测，实时地感知链路状态，不仅显著降低了Overlay节点的探测强度和规模，也可以有效地对转发节点进行筛选，优化Overlay路由，当网络故障或性能不稳定时，可通过路径切换，有效提高网络的传输和容错能力，保证通信的稳定性。

本发明不仅适用于Overlay网络中的终端路径切换，也可作为进行Internet路径分集传输系统的多路径创建基础，具有相当广阔的应用前景。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (15)

1.一种覆盖网备用路径生成方法，用于在包括接入服务器节点、标志服务器节点、转发节点和用户节点的覆盖网上为源用户节点选取合适的转发节点以构建从源用户节点到目的用户节点的备用路径，该方法包括：

步骤1)、利用所述覆盖网中的标志服务器节点对所述转发节点做网络测距，根据网络测距结果计算任意两个转发节点间的综合性能相似度，由所述综合性能相似度为具有相近性能的转发节点构建逻辑转发网络；其中，在所述覆盖网的一个自由域内属于同一逻辑转发网络的转发节点拥有同一个入口转发节点；

步骤2)、所述接入服务器节点根据所述源用户节点的请求转发节点消息在所述源用户节点所在的自由域中选择逻辑转发网络，然后通过所述逻辑转发网络的入口转发节点找到与所述入口转发节点在同一自由域且同一逻辑转发网络的转发节点作为服务转发节点；所述服务转发节点在所在的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据该算法的运行结果选择转发节点作为一次候选转发节点；其中，

所述的BFBB算法在计算网络拓扑图中每个节点的度和核度后，在当前节点上通过广度优先算法在所述网络拓扑图上选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点；若所能找到的节点的数目无法满足要求，则将当前节点的度与核度的商的值递减后，重新在当前节点上利用广度优先算法选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点，直到满足对所选取节点的数目要求；

步骤3)、对候选转发节点所能形成的路径做性能检测，保留通过性能检测的候选转发节点，在所述用户节点间进行业务通信时，根据业务从所保留的候选转发节点中选择合适的转发节点以构建备用路径。

2.根据权利要求1所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，在所述步骤2)中所得到的一次候选转发节点的数目小于用户的需求时，在所述的步骤2)和所述的步骤3)之间还包括选取二次候选转发节点的步骤，该步骤包括：

在所述覆盖网的网络拓扑图上运行BFBB算法；

根据所述BFBB算法的计算结果，从所述覆盖网中选取一个自由域，在该自由域内选择转发节点作为二次候选转发节点；所选取的转发节点尽量不属于所述源用户节点所在自由域内的逻辑转发网络。

3.根据权利要求1或2所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，所述的步骤1)包括：

步骤1-1)、所述覆盖网中的所有转发节点对所述覆盖网中的所有标志服务器节点做网络测距，得到关于延迟、丢包率和瓶颈带宽的指标；

步骤1-2)、根据所述指标计算任意两个转发节点间的综合性能相似度；

步骤1-3)、对所有的综合性能相似度结果做排序，然后为所述排序结果分段，将具有相近综合性能的转发节点分配到同一个逻辑转发网络。

4.根据权利要求3所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，所述的步骤1)还包括：

步骤1-4)、由所述逻辑转发网络的入口转发节点向邻居域的入口转发节点做链路性能探测；所述链路性能包括路径的延迟、丢包率和瓶颈带宽；

步骤1-5)、所述链路性能探测的结果保存到入口转发节点的链路状态表中，所述链路状态表的信息定时向邻居域的入口转发节点更新。

5.根据权利要求3或4所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，在所述的步骤1-2)中，所述综合性能相似度采用下列公式计算：

$I_{\mathrm{AB}}=\sqrt{{\left(\mathrm{\α}\frac{1}{D_{\mathrm{Av}}}\right)}^2+{\left(\mathrm{\β}\frac{1}{{\mathrm{Ls}}_{\mathrm{Av}}}\right)}^2+{\left(\mathrm{\γ}\frac{1}{{\mathrm{Bw}}_{\mathrm{Av}}}\right)}^2}$

I_AB表示节点A与节点B之间的综合性能相似度，D_Av表示节点A与节点B间的延迟相似度，Ls_Av表示节点A与节点B间的丢包率相似度，Bw_Av表示节点A与节点B间的瓶颈带宽相似度，α、β、γ为网络系统对性能的要求有关的常量值；其中，

$D_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{(D_{{\mathrm{AL}}_1}-D_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{nD}}_{{\mathrm{AL}}_2}-{\mathrm{nD}}_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+\·\·\·+{(D_{{\mathrm{AL}}_n}-D_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}$

${\mathrm{Ls}}_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_1}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_2}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+\·\·\·+{({\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{AL}}_n}-{\mathrm{Ls}}_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}$

${\mathrm{Bw}}_{\mathrm{Av}}=\sqrt{{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_1}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_1})}^2+{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_2}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_2})}^2+\·\·\·+{({\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{AL}}_n}-{\mathrm{Bw}}_{{\mathrm{BL}}_n})}^2}$

表示节点A与覆盖网中第i个标志服务器节点间的延迟指标，

表示节点A与覆盖网中第i个标志服务器节点间的丢包率指标，

表示节点A与覆盖网中第i个标志服务器节点间的瓶颈带宽指标。

6.根据权利要求1或2所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，所述的步骤2)包括：

步骤2-1)、所述接入服务器节点根据所述源用户节点发起的请求转发节点消息在所述源用户节点所在自由域中选择逻辑转发网络，并将所述逻辑转发网络的入口转发节点的地址通知所述源用户节点；

步骤2-2)、所述入口转发节点根据所述源用户节点发起的请求转发节点消息选取一个与该入口转发节点具有相同自由域和相同逻辑转发网络的转发节点，作为为所述源用户节点服务的服务转发节点；

步骤2-3)、所述服务转发节点在自身的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据算法的运行结果在所述覆盖网中选择有别于所述服务转发节点所在自由域的自由域，然后在所述有别于所述服务转发节点所在自由域的自由域内选择与该服务转发节点具有相同逻辑转发网络的转发节点作为一次候选转发节点，所述一次候选转发节点返回给所述的源用户节点。

7.根据权利要求6所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，所述的步骤2)还包括：

步骤2-4)、所述源用户节点将接收到的一次候选转发节点与自身的一次候选转发节点列表进行比较；

步骤2-5)、所述源用户节点向不存在于所述列表中的新的一次候选转发节点发送自身的信息，从而在所述新的一次候选转发节点的链路状态表中查询所述新的一次候选转发节点所在自由域与所述源用户节点所在自由域之间的链路属性信息；

步骤2-6)、所述链路属性信息返回并保存到所述源用户节点。

8.根据权利要求6或7所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，在所述的步骤2-1)中，所述接入服务器节点根据源用户节点发起的请求转发节点消息在所述源用户节点所在自由域中选择逻辑转发网络时，选择尽可能多的逻辑转发网络。

9.根据权利要求2所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，在所述的选取二次候选转发节点的步骤后，还包括：

所述的源用户节点对所述的二次候选转发节点做周期性的路径性能探测，并将探测结果保存到所述源用户节点的链路状态表中。

10.根据权利要求2所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，在所述的步骤3)中，对候选转发节点所能形成的路径做性能检测包括：

步骤3-1)、源用户节点根据业务的类型确定路径的门限指标；

步骤3-2)、从所述一次候选转发节点中选择转发节点；

步骤3-3)、获取所述源用户节点经由所选择的转发节点至所述目的用户节点的路径性能；

步骤3-4)、将步骤3-3)所获取的路径性能与步骤3-1)中所确定的门限指标进行比较，根据比较结果确定路径是否通过了性能检测。

11.根据权利要求10所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，对候选转发节点所能形成的路径做性能检测还包括：

步骤3-5)、当所述一次候选转发节点中能够通过路径性能检测的转发节点数目无法满足用户要求时，从所述二次候选转发节点中选择转发节点；

步骤3-6)、获取源用户节点经由所选择的转发节点至目的用户节点的路径性能；

步骤3-7)、将步骤3-6)所获取的路径性能与步骤3-1)中所确定的门限指标进行比较，根据比较结果确定路径是否通过了性能检测。

12.根据权利要求10或11所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，在所述的步骤3-3)中，获取所述源用户节点经由所选择的转发节点至所述目的用户节点的路径性能包括：

从所选择的转发节点的链路状态表中查询从该转发节点所在自由域到所述目的用户节点所在自由域间的链路属性，从所述源用户节点的链路状态表中获取从所述源用户节点所在自由域到该转发节点所在自由域的链路属性，进而获取所述源用户节点经由所选择的转发节点至所述目的用户节点的路径性能；

或所选择的转发节点通过路径探测，得到从该转发节点所在自由域到所述目的用户节点所在自由域间的链路属性，从所述源用户节点的链路状态表中获取从所述源用户节点所在自由域到该转发节点所在自由域的链路属性，进而获取所述源用户节点经由所选择的转发节点至所述目的用户节点的路径性能。

13.根据权利要求11所述的覆盖网备用路径生成方法，其特征在于，在所述的步骤3-6)中，获取所述源用户节点经由所选择的转发节点至所述目的用户节点的路径性能包括：

所选择的转发节点通过路径探测，得到从该转发节点所在自由域到所述目的用户节点所在自由域间的链路属性，从所述源用户节点的链路状态表中获取从所述源用户节点所在自由域到该转发节点所在自由域的链路属性，进而获取所述源用户节点经由所选择的转发节点至所述目的用户节点的路径性能。

14.一种覆盖网备用路径生成装置，其特征在于，用于在包括接入服务器节点、标志服务器节点、转发节点和用户节点的覆盖网上为源用户节点选取合适的转发节点以构建从源用户节点到目的用户节点的备用路径，该装置包括逻辑转发网络创建模块、一次候选转发节点选取模块以及性能检测模块；其中，

所述的逻辑转发网络创建模块利用所述覆盖网中的标志服务器节点对所述转发节点做网络测距，根据网络测距结果计算任意两个转发节点间的综合性能相似度，由所述综合性能相似度为具有相近性能的转发节点构建逻辑转发网络；其中，在所述覆盖网的一个自由域内属于同一逻辑转发网络的转发节点拥有同一个入口转发节点；

所述的一次候选转发节点选取模块用于由所述接入服务器节点根据所述源用户节点的请求转发节点消息在所述源用户节点所在的自由域中选择逻辑转发网络，然后通过所述逻辑转发网络的入口转发节点找到与所述入口转发节点在同一自由域且同一逻辑转发网络的转发节点作为服务转发节点；所述服务转发节点在所在的逻辑转发网络上运行BFBB算法，根据该算法的运行结果选择转发节点作为一次候选转发节点；其中，

所述的BFBB算法在计算网络拓扑图中每个节点的度和核度后，在当前节点上通过广度优先算法在所述网络拓扑图上选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点；若所能找到的节点的数目无法满足要求，则将当前节点的度与核度的商的值递减后，重新在当前节点上利用广度优先算法选取核度值大于当前节点的核度值，且度与核度的商大于当前节点的度与核度的商的节点，直到满足对所选取节点的数目要求；

所述的性能检测模块用于对候选转发节点所能形成的路径做性能检测，保留通过性能检测的候选转发节点，在所述用户节点间进行业务通信时，根据业务从所保留的候选转发节点中选择合适的转发节点以构建备用路径。

15.根据权利要求14所述的覆盖网备用路径生成装置，其特征在于，还包括二次候选转发节点选取模块，该模块用于在所述覆盖网的网络拓扑图上运行BFBB算法，然后根据所述BFBB算法的计算结果，从所述覆盖网中选取一个自由域，在该自由域内选择转发节点作为二次候选转发节点；所选取的转发节点尽量不属于所述源用户节点所在自由域内的逻辑转发网络。

Images