CN101562569B - 转发节点选取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转发节点选取方法，用于在包括服务节点、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：根据源用户节点的位置和该源用户节点所在网络的拓扑结构，采用BFBB算法选取该源用户节点的候选邻居转发节点；检测源用户节点经由候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径与所述源用户节点到目的用户节点的默认路径的相关性，将相关性高的候选路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除；将源用户节点经由候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径做性能检测，将不满足性能要求的候选路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除，剩余的候选邻居转发节点为所要选取的转发节点。

Description

转发节点选取方法和装置

技术领域

本发明涉及互联网中的路由操作，特别涉及基于网络拓扑分析的转发节点选取方法和装置。

背景技术

随着规模的扩张和应用的丰富，因特网逐渐面临服务质量(Qos)、网络拥塞和安全等诸多问题。例如，在1995年，Paxson等人就开始对方兴未艾的Internet网的路由性能进行了统计，根据统计结果发现网络大约存在3.3％的严重路由故障率。而Labovitz等人在1997年至2000年的统计表明，现有互联网中10％的路由器的可靠性小于95％，65％的路由器可靠性小于99.9％，且故障恢复时间长达15分钟之久，40％以上的路由失效甚至需要30分钟以上才能恢复正常。为了增强网络的抗毁能力，解决互联网结构僵化所造成的严重问题，业界一直以来都在不断地提出一些新的IP路由技术，比如节点(链路)的冗余备份、Multi-homing等，但是这些技术很难在实际的IP网络中部署和使用。

近年来，研究者们提出采用在协议层架设覆盖网(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，从而提供一种邻居转发节点的选择方法。

本发明的另一个目的是提供一种邻居转发节点的选择装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种转发节点选取方法，用于在包括服务节点、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)、根据源用户节点的位置和该源用户节点所在网络的拓扑结构，采用BFBB算法选取该源用户节点的候选邻居转发节点；其中，

所述BFBB算法在对网络拓扑图中的每个节点计算FSRI指标值后，调用广度优先算法选取所述网络拓扑图上FSRI值大于所述源用户节点的FSRI值的节点作为候选邻居转发节点，直到满足对所述候选邻居转发节点的数目要求；若所选取的邻居转发节点的数目小于所述的数目要求，则将所述用户节点的FSRI值减1后，重新利用广度优先算法选取候选邻居转发节点，直到满足要求为止；

所述计算FSRI指标值包括：

步骤a)、将一个变量curFSRI的值初始化为1；

步骤b)、在网络拓扑图中查找当前度值为1的节点，将其FSRI指标值置为所述变量curFSRI的值，删除这些点及其依附的边，并将这些点的邻居节点的当前度值减1；

步骤c)、若在网络拓扑图中的所有节点都已经处理完毕，则结束操作；

步骤d)、若在网络拓扑图中还存在未处理的节点，则从当前剩余节点中选取所有原始度值乘积最小的相邻节点对，删除它们之间的连边，降低这些相邻节点对的当前度值，重复本步骤的操作，直到出现当前度值为1的节点后，将所述变量curFSRI的值后，重新执行步骤b)；

步骤2)、检测源用户节点经由所述候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径与所述源用户节点到目的用户节点的默认路径的相关性，将相关性高的候选路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除；

步骤3)、将源用户节点经由所述步骤2)得到的候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径做性能检测以从所述的候选邻居转发节点进一步选取转发节点。

上述技术方案中，在所述的步骤1)之前，包括配置转发节点的步骤，该步骤包括：

预先部署转发节点；其中，

获取网络的拓扑结构信息；

基于所述拓扑结构信息计算不同节点的FSRI值；

去除FSRI值最大和最小的部分节点，从剩余节点中选择一定数量的节点作为转发节点。

上述技术方案中，所述的配置转发节点步骤还包括；

由用户节点提升转发节点；其中，

在用户节点加入所述覆盖网时，所述服务节点向该用户节点发送用户转发节点提升消息，请求对节点性能进行测量并进行初选；

在初选通过后，将性能指标值发送给服务节点进行复选，复选通过后，将该用户节点提升为转发节点。

上述技术方案中，在所述的步骤1)之前，还包括用户节点加入所述覆盖网，更新网络拓扑图的步骤，该步骤包括：

服务节点请求新加入的用户节点进行网络拓扑探测；

所述用户节点构造探测的目标地址列表，进行周期的拓扑探测，整合拓扑探测结果后得到局部的拓扑图；

所述服务节点整合从所述用户节点得到的局部拓扑图，生成全局拓扑图。

上述技术方案中，还包括：

步骤4)、根据所选取的转发节点为源用户节点和目的用户节点构建备用路径。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的采用BFBB算法选取该用户节点的候选邻居转发节点包括：

所述的源用户节点根据网络拓扑的局部视图调用BFBB算法，得到相应的候选邻居转发节点。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述的采用BFBB算法选取该用户节点的候选邻居转发节点包括：

所述的源用户节点向覆盖网中的服务节点发出选择候选邻居节点的请求；

所述的服务节点根据所述源用户节点所在网络域的网络拓扑的视图调用BFBB算法，得到相应的候选邻居转发节点。

上述技术方案中，所述的步骤2)包括：

步骤2-1-1)、通过Traceroute获取源用户节点C2到目的用户节点C1的所有2-跳Overlay备用路径，用P(C2，C1)表示；

步骤2-1-2)、通过每个候选邻居转发节点分别获取路径P(C2，F_i)和P(F_i，C1)，进而得到P’(C2，F_i，C1)＝P(C2，F_i)∪P(F_i，C1)，其中F_i表示候选邻居转发节点；

步骤2-1-3)、对所有的候选邻居转发节点F_i计算P(C2，C1)与P’(C2，F_i，C1)的交集，并将结果按升序做排列；

步骤2-1-4)、从排序结果中选取排序在前的若干个结果作为所要保留的候选邻居转发节点。

上述技术方案中，所述的步骤2)包括：

步骤2-2-1)、从用户节点C2所在的AS作为起点，在AS拓扑上运行广度优先算法，直到为C2选取的所有转发节点的AS都被遍历过之后，随机选取N个AS，从每个AS中随机选取M个转发节点作为目标主机，存入Dests中；

步骤2-2-2)、对每个转发节点F，在Dests集合中，循环地探测用户节点经过F到达每个目标主机的转发路径，与用户节点直接到达目标主机的默认路径重叠的路由器数目，存入用于表示经过转发节点F到达目的主机的路径与默认路径重叠的路由器数目的F_dOLPN中，用这个值除以默认路径的比值存入用于表示经过转发节点F到达目的主机的路径和默认路径重叠的路由器数目与原始路径长度的比值的F_dOLPR中，重复执行本步骤，直到完成所有的转发节点的测量和计算；

步骤2-2-3)、求一个转发节点F的F_dOLPR的均值E(F_dOLPR)，所得到的结果为用于表示转发节点F构成的备用路径与默认路径的近似重叠概率的PAPO指标，若该指标大于第一阈值，则删除该转发节点，然后重复执行本步骤，直到处理完所有的转发节点；

步骤2-2-4)、依据所述的F_dOLPN值计算每2个转发节点之间的Cov(X_dOLPN，Y_dOLPN)得到PPS指标，若该指标大于第二阈值，则删除其中一个转发节点后，重复执行本步骤，直到处理完所有转发节点对后，结束操作；其中，

$\mathrm{Cov}(X_{\mathrm{dOLPN}},Y_{\mathrm{dOLPN}})=\frac{E\left(\mathrm{XY}\right)-E\left(X\right)E\left(Y\right)}{\mathrm{STD}\left(X\right)\mathrm{STD}\left(Y\right)}$

$E\left(X_{\mathrm{dOLPN}}\right)=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}{X}_{\mathrm{dOLPN}}$

${\mathrm{STD}\left(X_{\mathrm{dOLPN}}\right)}^2=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}{(X-E\left(X\right))}^2$

$E(X_{\mathrm{dOLPN}},Y_{\mathrm{dOLPN}})=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{XY}$

其中，d表示目标主机，Dests表示目标主机集合，OP表示用户到目标主机的默认路径数，E表示期望，STD表示方差，Cov(X，Y)表示协方差。

上述技术方案中，在所述的步骤3)中，所述的性能检测包括延时、抖动、丢包率、可用带宽的检测。

本发明还提供了一种转发节点选取装置，用于在包括服务节点、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，该装置包括候选邻居转发节点选取模块、路径相关性检测模块、性能检测模块；其中，

所述的候选邻居转发节点选取模块根据源用户节点的位置和该用户节点所在网络的拓扑结构，采用BFBB算法选取该用户节点的候选邻居转发节点；其中，

所述BFBB算法在对网络拓扑图中的每个节点计算FSRI指标值后，调用广度优先算法选取所述网络拓扑图上FSRI值大于所述用户节点的FSRI值的节点作为候选邻居转发节点，直到满足对所述邻居转发节点的数目要求；若所选取的邻居转发节点的数目小于所述的数目要求，则将所述用户节点的FSRI值减1后，重新利用广度优先算法选取候选邻居转发节点，直到满足要求为止；

所述计算FSRI指标值包括：

步骤a)、将一个变量curFSRI的值初始化为1；

步骤b)、在网络拓扑图中查找当前度值为1的节点，将其FSRI指标值置为所述变量curFSRI的值，删除这些点及其依附的边，并将这些点的邻居节点的当前度值减1；

步骤c)、若在网络拓扑图中的所有节点都已经处理完毕，则结束操作；

步骤d)、若在网络拓扑图中还存在未处理的节点，则从当前剩余节点中选取所有原始度值乘积最小的相邻节点对，删除它们之间的连边，降低这些相邻节点对的当前度值，重复本步骤的操作，直到出现当前度值为1的节点后，将所述变量curFSRI的值后，重新执行步骤b)；

所述的路径相关性检测模块检测源用户节点经由所述候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径与所述源用户节点到目的用户节点的默认路径的相关性，将相关性高的候选路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除；

所述的性能检测模块将源用户节点经由所述路径相关性检测模块得到的候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径做性能检测以从所述的候选邻居转发节点进一步选取转发节点。

本发明的优点在于：

本发明能够有效降低所创建的Overlay路径与默认原始路径的重叠相关度，可以显著改善Overlay节点的探测强度，节省路径建立的开销。

附图说明

图1为覆盖网的一个实例的示意图；

图2为对一个网络拓扑图做coreness分层的示意图；

图3为计算FSRI指标的流程图；

图4为为网络拓扑图中的节点所构造的四元组邻接表的示意图；

图5为对图2所示网络拓扑图中的各个节点计算FSRI值后的结果示意图；

图6为本发明的基于网络拓扑分析的转发节点选取方法的流程图。

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。

在覆盖网中，组成网络的各个节点可以分为三种类型，分别为服务节点、转发节点和用户节点。其中的服务节点用于向用户提供服务。服务节点全部由系统运营商部署，这些节点按照一定的规则分散地部署在网络的各个域中，它们彼此之间相互连接以构成系统的服务端。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。转发节点可以全部由系统运营商预先部署，也可以由系统运营商预先部署一部份，剩余的部分则由网络中性能优异的用户节点提升为转发节点。用户节点是系统中接受路由优化服务的客户，这些节点不需要提前部署，但是在享受系统服务之前，需要经过注册，用户节点才算真正加入系统。在图1中给出了一个覆盖网的实例，根据对网络中节点类型的上述划分，可以将该网络分为用户节点C1、C2，服务节点服务器001、服务器003，转发节点OF1、OF2、OF3、OUF1、OUF2、OUF3等。此外，网络中的R1、R2等代表网关，网络中的上述设备在AS1、AS2、AS3、AS4、AS5等不同的自治域(AS)内，不同的AS域通常由不同的ISP运营商运营。

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，从而得到最适合的备用路径。在本发明中，引入了FSRI(Forwarder selection reference index，转发节点选取参考指标)指标、限界广度优先算法BFBB这些新的概念，并提出了一些新的算法，以更好地选择转发节点。为了便于理解，在对转发节点的选择过程做详细说明前，首先对本发明中所涉及到的概念或算法进行说明。

一、FSRI指标

在Overlay网络中，为了使得最终构造的备用路径离散度更高、转发效率更高，在选择转发节点时一般需要遵循一些原则。这些原则具体包括：

1、选择介数(Betweenness)和度值大的节点作为转发节点；Betweenness和度值是用来刻画节点在网络中的中心性位置的值，值越大，代表该节点越处在网络的中心。在参考文献3“Freeman，L.C.，Centrality insocial networks：Conceptual clarification，Social Networks 1，215-239，1979”中对如何计算该值有详细的说明。通过这一原则所选出的节点能够衍生出更加丰富的网络路径，以便转发时路径选取的空间更大。

2、选取那些适当靠近网络中心，但不属于网络最中心的节点。在选择转发节点时，处于网络边缘的节点所能够造的备用路径太少，而位于网络最中心的节点又由于与其连通的路径太多，容易成为网络传输的瓶颈。因此，要选择适当靠近网络中心，但又不属于网络最中心的节点作为转发节点。本原则可以保证选出的转发节点构造的备用路径的平均长度较短，转发效率更高，同时也能够避免产生网络瓶颈。这一原则的使用可以通过选择核数(coreness)值较大的节点实现。coreness是用来刻画网络拓扑图层次性的指标，通过参考文献4“A.Hamelin，J.Lgnacio，D.A.Luca，B.Alainand V.Alessandro.k-core decomposition：a tool for the visualization of largescale networks，http://arxiv.org/abs/cs.NI/0511007，2005”中所提供的方法，可以将网络拓扑图分层，coreness值高的节点属于网络的中心节点，coreness值低的节点属于网络的边缘节点，coreness越高，节点越靠近网络的中心。在图2中给出了对一个网络拓扑图做coreness分层的示意图，当前度值为1的节点属于第1层，当前度值为2的节点属于第2层。需要说明的是，此处以及本发明中所涉及的网络拓扑图可以是无权简单图，也可以是任何有意义的加权有向图。

本发明在参考上述两个原则的基础上，提出一个用于选取Overlay网络转发节点的指导性指标FSRI。FSRI的计算方法类似于coreness的计算方法，每个节点有自己的FSRI值。在计算FSRI时，从FSRI＝1开始，每次仅仅只删除当前度值为1的节点及其所属的边，当没有这样的点时，就通过删除度值乘积最小的两个节点之间的一条边来打破这个平衡，同时FSRI自增，直到处理完所有的节点为止。

参考图3，FSRI的具体计算方法包括以下步骤：

步骤a、为网络拓扑图构造一个四元组邻接表，如图4所示，表中的一个记录代表网络拓扑图中的一个节点，每个记录包含4个表项：节点标号、原始度值、当前度值和指向邻居单链表的指针，将表中当前度值初始化为原始度值。

步骤b、将表中的各个节点按照原始度值的大小进行排序。

步骤c、将一个变量curFSRI做初始化，使其初始值为1。

步骤d、查找当前度值为1的节点，将其FSRI置为curFSRI，并从四元组表中删除这些点及其依附的边，并同时将这些点的邻居节点的当前度值减1，重复上述操作直到没有这样的节点后，执行下一步；

步骤e、判断网络拓扑图中的所有节点是否都已经处理完毕，如果都已完毕，执行步骤g，如果有未处理完的节点则执行下一步。

步骤f、网络拓扑图中尚有未处理的节点，且此时所有剩余节点的当前度值都大于1。从当前剩余节点中选取所有原始度值乘积最小的相邻节点对，删除它们之间的连边，从而降低这些相邻节点对的当前度值，如果仍然没有当前度值等于1的节点产生，则重复本步骤的上述操作直到产生这样的节点，然后把curFSRI值自增后重新执行步骤d。

步骤g、计算出网络拓扑图中所有节点的FSRI值后，停止运算。

本发明所提出的FSRI值既能够兼顾节点Betweenness相对大小，又能够对coreness的划分结果做进一步的细分，能够很好地体现Overlay网络转发节点的前述选取原则。例如，在图5中给出了对图2所示网络拓扑图中的各个节点计算FSRI值后的结果，从图中可以看出，FSRI比coreness对一般的层次化明显的图形有更大的区分度，并能保证保留coreness对图的划分结果。

二、限界广度优先算法BFBB

限界广度优先算法BFBB是在FSRI指标的基础上基于拓扑分析选取转发节点的方法。该算法的基本流程如下：

步骤A、对网络拓扑图中的每个节点计算FSRI指标的值。

步骤B、选择网络拓扑图中的一个节点作为当前节点，在当前节点上调用广度优先算法，选取FSRI值大于当前节点的FSRI的节点，根据用户所请求的转发节点数目N，选择相应的转发节点。

步骤C、如果选择所得到的转发节点数目不足N个，则将当前节点的FSRI值减1后，重新执行步骤B，直到选到足够数目的转发节点为止。

步骤D、将查找到的这些转发节点返回，算法结束。

以前面所提到的图5为例，若将图中的节点D作为当前节点，将N的大小设为3，则选到的转发节点为C、F和H，他们的FSRI分别为2、2、5。

三、路径相关诊断算法

本发明在选取转发节点从而构造备用路径的过程中，需要评价多个候选备用路径与默认路径间的相关性，从而选择最合适的转发节点。因此，需要对路径相关性进行判断。为了评判Overlay备用路径的相关性本发明提出了两个指标：路径近似重叠度PAPO(path approximation overlay)和位置模式相似度PPS(position pattern similarity)。PAPO用于衡量转发节点可以构造的路径与默认路径的相似度，PPS用于计算多条备用路径之间的相似度。PPS小的转发节点之间，在构造备用路径时，备用路径之间相关度较低，重叠可能性较小。PAPO小的转发节点在为用户构造备用路径时，与默认路径的相似度较低。

在路径相关诊断算法中，需要计算PPS和PAPO指标，然后根据计算结果做出相应的判断。为了说明的方便，先对该算法中所用到的几个参数的含义进行说明。

Dests：目标主机集合；

OP(original paths)：用户到目标主机的默认路径数；

X_dOLPN(overlap number through forwarder x to d)：经过转发节点x到达目的主机d的路径与默认路径重叠的路由器数目；

X_dOLPR(overlap rate through forwarder x to d)：经过转发节点x到达目的主机d的路径和默认路径重叠的路由器数目与原始路径长度的比值；

E(V)、STD(V)：变量V的期望和方差；

Cov(X，Y)：变量X和Y的协方差。

路径相关诊断算法的实现步骤如下：

步骤1、从用户节点U所在的AS作为起点，在AS拓扑上运行广度优先算法，直到为U选取的所有转发节点的AS都被遍历过之后，随机选取N(如15)个AS，从每个AS中随机选取M(如2)个转发节点作为目标主机，存入Dests中；

步骤2、对每个转发节点F，在Dests集合中，循环地探测用户节点经过F到达每个目标主机的转发路径，与用户节点直接到达目标主机的默认路径重叠的路由器数目，存入F_dOLPN中，用这个值除以默认路径的比值存入F_dOLPR中，重复执行本步骤，直到完成所有的转发节点的测量和计算；

步骤3、每个转发节点F有两个向量F_dOLPN和F_dOLPR。首先计算PAPO，即每个F的F_dOLPR的均值E(F_dOLPR)，这个值表示了该转发节点构成的备用路径与默认路径的近似重叠概率，如果E(F_dOLPR)大于一预先指定的第一阈值(该阈值的范围在50％-100％之间，优选80％)，表明重叠度太高，则删除该转发节点，重复执行本步骤3，直到处理完所有F；

步骤4、计算PPS，即依据F_dOLPN值计算的每2个转发节点之间的Cov(X_dOLPN，Y_dOLPN)，其计算公式如下：

$\mathrm{Cov}(X_{\mathrm{dOLPN}},Y_{\mathrm{dOLPN}})=\frac{E\left(\mathrm{XY}\right)-E\left(X\right)E\left(Y\right)}{\mathrm{STD}\left(X\right)\mathrm{STD}\left(Y\right)}---\left(1\right)$

$E\left(X_{\mathrm{dOLPN}}\right)=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}{X}_{\mathrm{dOLPN}}---\left(2\right)$

${\mathrm{STD}\left(X_{\mathrm{dOLPN}}\right)}^2=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}{(X-E\left(X\right))}^2---\left(3\right)$

$E(X_{\mathrm{dOLPN}},Y_{\mathrm{dOLPN}})=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{XY}---\left(4\right)$

这个值表示了转发节点X与Y构成的备用路径之间的相关度，如果Cov(X_dOLPN，Y_dOLPN)大于预先指定的第二阈值(该阈值的范围在0.5-1之间，优选0.9)，表明相关度太高，删除其中一个转发节点，重复执行本步骤，直到处理完所有转发节点对后，算法结束。

四、分布式转发节点提升算法

本发明所涉及覆盖网络中的转发节点可由用户预先配置，也可由用户节点提升而成。一个用户节点只有满足一定的条件才有可能为其他节点提供转发服务，本发明为能够提升为转发节点的用户节点设定如下标准：

1、不是私网节点；

2、没有放火墙；

3、要有合适的操作系统，如采用Windows 95/98/ME操作系统或者是Mac操作系统；

4、要有稳定的在线时间；

5、要有足够的网络带宽，包括上行带宽和下行带宽；

6、要有高性能的处理器；

7、要有丰富的RAM资源。

在上述标准中，前四项指标为必须满足的硬性指标，而后面三项则可以依据当前网络中对转发节点需求的紧迫度和已有转发节点的性能进行调节。本发明针对后三项指标给出了下面一个筛选指标：

Th_Fwd＝αBwd+βBwu+γC+ηM    (5)

其中Bwd表示用户节点的平均下载带宽，Bwu表示用户节点的平均上传带宽，C表示用户节点的处理器的处理能力，M表示RAM资源的大小，而α，β，γ，η表示加权系数，系数的大小可根据系统的运行情况或相关要求进行调节。例如，当系统要求转发节点具有较大的平均下载带宽时，可以适当增大α的值，以增强下载带宽指标在整个筛选指标中的比重。

在上述标准的基础上，本发明提出了相应的分布式转发节点提升算法。该算法包括两个部分，分别在服务节点和用户节点上运行。

在用户节点上运行的转发节点提升算法包括：

步骤1)、用户节点首次启动时获取自身的静态信息，如IP地址，操作系统信息等。

步骤2)、用户节点对自身的IP地址是否为私网地址进行判断，当IP地址属于私网地址时，用户节点即退出转发节点提升算法。

步骤3)、用户节点对自身的操作系统是否符合标准进行判断，当不符合标准时，用户节点即退出转发节点提升算法。

步骤4)、用户节点判断是否有放火墙，若存在放火墙，则退出转发节点提升算法。

步骤5)、用户节点向服务节点发送转发节点申请消息，并请求当前的转发节点初选标准，同时启动计时器以保存用户节点在线时间信息。服务节点所返回的初选标准包括筛选指标Th_Fwd、用户节点在线时间T以及加权系数α，β，γ，η的具体取值。如果服务节点直接返回拒绝信息，则退出转发节点提升算法。

步骤6)、在用户节点上运行小型Benchmark进程，以测试用户节点处理器的处理能力C以及RAM资源的大小M。

步骤7)、在用户节点上运行带宽探测进程，测试用户平均上传带宽Bwu和下载带宽Bwd。

步骤8)、判断用户节点上的计时器所保存的用户节点在线时间是否能够满足初选标准中对用户节点在线时间的规定，不满足要求，则退出转发节点提升算法。

步骤9)、根据步骤6)、步骤7)的的测试结果以及加权系数α，β，γ，η的具体取值，采用前述公式(5)计算Th_Fwd的具体取值，然后将计算结果值与步骤5)的初选标准中的筛选指标Th_Fwd进行比较，若不能满足要求，则退出转发节点提升算法。

步骤10)、将用户节点的IP地址、Th_Fwd、C、Bwd、Bwu、M信息组成转发节点可行消息发送给服务节点。

步骤11)、用户节点接收到服务节点发送的提升成功消息后，启动转发模块以将自身提升为转发节点，否则只是一般的用户节点。

在服务节点上运行的转发节点提升算法包括：

步骤1)、在一段时间后，服务节点对所有转发节点的信息进行统计，将使用频率最低的若干个转发节点删除。

步骤2)、等待用户节点的转发节点申请消息。

步骤3)、服务节点收到用户节点发送的转发节点申请消息后，获得该用户节点所在的AS，记录该AS内转发节点的利用率P以及所有转发节点中Th_Fwd的最大值MaxTh_Fwd和平均值AvgTh_Fwd。将利用率P和第三阈值(如20％)进行比较，若小于该阈值，则拒绝用户节点的申请，然后返回步骤2)，然后再将利用率P和第四阈值(如80％)进行比较，若小于该阈值，则将MaxTh_Fwd作为前述的初选标准发送给用户节点，否则将AvgTh_Fwd作为前述的初选标准发送给用户节点。

步骤4)、服务节点收到用户的转发节点可行消息后，再将AS内转发节点的利用率P与第五阈值(如80％)进行比较，如果利用率P大于该阈值，说明覆盖网对转发节点的需求很多，因此直接执行下一步，否则，判断用户节点的筛选指标Th_Fwd在AS内的所有转发节点中是否居前(如在前20％)，若是则执行下一步，否则返回拒绝消息后执行步骤2)。

步骤5)、将用户节点设置为转发节点后，记录信息，并返回接收消息，然后执行步骤2)。

通过上述操作即可实现用户节点向转发节点的提升。

在对本发明中所涉及的FSRI指标、限界广度优先算法BFBB以及路径相关诊断算法、分布式转发节点提升算法做如上说明后，下面继续以图1为例，并结合图6对如何在图1所示的网络中选择转发节点，进而选择备选路径的过程加以陈述。

假设在图1所示的网络中，用户节点C1与用户节点C2间做数据通信，两个用户节点间的默认通信路径为C2-R1-R8-R9-R12-C1。为了在默认通信路径发生路径故障后，两个用户节点间能够快速地恢复通信，需要为这两个用户节点预先设定备选路径。

首先，根据用户节点C2的位置和该节点所在网络的拓扑结构，采用BFBB算法选择用户节点C2的候选邻居转发节点。本步骤可由用户节点C2实现，也可由网络中的服务节点实现。

假设规定用户节点C2的邻居转发节点需要有4个，当用户节点C2实现时，C2依据自身所拥有的网络拓扑(AS)的局部视图，直接调用BFBB算法，选出域AS2、AS1和AS4，然后向服务端请求相应域中的转发节点，得到候选邻居转发节点OF1、OF2和OF3。由于候选邻居转发节点的数目不足4个，因此重新运行BFBB算法，进一步选出AS5，向服务端请求AS5中的转发节点，得到第四个邻居转发节点OUF1。于是，C2得到了其候选邻居转发节点列表(OF1，OF2，OF3，OUF1)。同样的，当由网络中的服务节点实现时，C2向服务节点发出选择候选邻居转发节点的请求，服务节点依据C2所在的网络域，在网络拓扑上运行BFBB算法，最终确定域AS2、AS1和AS4，得到候选邻居转发节点OF1、OF2和OF3。由于候选邻居转发节点的数目不足4个，重新运行BFBB算法，进一步选出AS5，得到第四个邻居转发节点OUF1。服务节点将所得到的候选邻居转发节点的信息发送给用户节点C2，于是，C2得到了其候选邻居转发节点列表(OF1，OF2，OF3，OUF1)。可见，无论采用何种方法，最终得到的用户节点C2的候选邻居转发节点列表的内容不变。

其次，在得到用户节点C2的候选邻居转发节点列表后，对用户节点C2经由列表中各个邻居转发节点到目标节点C1所形成的备选路径与原有默认路径的相关性进行检测。已知用户节点C1与用户节点C2间的默认路径为C2-R1-R8-R9-R12-C1，如果最后得到的备选路径与这一默认路径完全一致，或者有部分路径一致，则当默认路径发生路径故障后，所得到的备选路径很可能同样会有故障，无法起到恢复数据通信的作用，因此，需要在本步骤中做相关性检测。

在做相关性检测时，可以有多种实现方式，在一种实现方式中，首先通过Traceroute获取源用户节点C2到目的用户节点C1的所有2-跳Overlay备用路径，用P(C2，C1)表示；然后通过每个候选邻居转发节点分别获取路径P(C2，F_i)和P(F_i，C1)，进而得到P’(C2，F_i，C1)＝P(C2，F_i)∪P(F_i，C1)，其中F_i表示候选邻居转发节点；然后对所有的F_i计算|P(C2，C1)∩ P’(C2，F_i，C1)|(“||”代表集合中的元素个数)，并将结果按升序做排列，保留排序结果的前m个候选邻居转发节点。以前述的候选邻居转发节点列表(OF1，OF2，OF3，OUF1)为例，通过候选邻居转发节点OF1的Overlay备用路径为C2-R1-R8-R9-R12-C1，通过候选邻居转发节点OF2的Overlay备用路径为C2-R1-R2-R3-R12-C1，通过候选邻居转发节点OF3的Overlay备用路径为C2-R1-R4-R5-R6-R7-R12-C1，候选邻居转发节点OUF1的Overlay备用路径为C2-R1-R4-R5-R6-R9-R12-C1。显然，通过OF1的备用路径与默认路径的相关度最高，两者完全重叠，因此可以剔除OF1。通过OUF1的备用路径与默认路径有部分重叠，而通过OF2和OF3的备用路径则与默认路径不重叠。因此，候选邻居转发节点列表(OF1，OF2，OF3，OUF1)经过相关性检测后所剩余的候选邻居转发节点为(OF2，OF3，OUF1)。采用这一实现方式检测路径相关性时，需要预先知道用户节点C2的目标节点C1。

在相关性检测的另一种实现方式中，可采用前面所提到的路径相关诊断算法。在相关性检测时，将用户节点的信息(AS号)、用户局部的网络拓扑视图(AS拓扑图)和候选邻居转发节点集合作为输入，调用路径相关诊断算法，所得到的结果就是经过相关性检测的候选邻居转发节点。采用该实现方式做相关性检测时，并不依赖于与用户节点C2做通信的对端节点是哪一个，它是对用户节点C2的候选邻居转发节点集进行路径相关性的综合判断，即采用该实现方式筛选后的候选邻居转发节点无论是对用户节点C1还是其他用户节点，都满足相关性的要求。

接着，对用户节点C2的候选邻居转发节点列表中经过相关性检测筛选的候选邻居转发节点继续做性能检测。所做的性能检测通常与所要进行通信的应用业务的类型有关，在本实施例中，所做的性能检测包括延时、抖动、丢包率、可用带宽的检测。在检测前，依据相关的标准，设定性能指标的门限值，然后对经由各个邻居转发节点的备用路径计算包括延迟、抖动、丢包率、可用带宽在内的性能值，最后将计算所得的性能值与前述的门限值进行比较，只有在性能值满足门限值的前提下，才保留相应的候选邻居转发节点作为最终的转发节点，进而得到备用路径。假设用户C2与C1间做视频和语音通信，由于语音敏感的传输性能指标为延迟和抖动，视频敏感的传输性能指标为可用带宽，因此本步骤在做性能检测时，需要对候选邻居转发节点的备用路径至少计算延迟、抖动和可用带宽的性能值，并与对应的性能门限做比较。若探测得到经过OF2的Overlay备用路径有最小的路径延迟和抖动，而经过OF3的Overlay备用路径有最大的可用带宽。那么，最终确定由经过OF2的2-跳Overlay备用路径传输语音，由经过OF3的2-跳Overlay备用路径传输视频。

最后，当用户节点C2与用户节点C1间的默认路径发生故障时，网络可快速地将备用路径代替默认路径，或将默认路径与备用路径组合在一起，实现数据的传输。当默认路径的故障解除后，可将备用路径切换回默认路径。

在上面的实施例中，以整个覆盖网已经部署完成作为前提条件，对在一个覆盖网中如何建立用户节点C2与C1间的备用路径做了说明，下面对覆盖网中各个类型的节点在部署过程中所涉及的一些具体问题做详细说明。

在前面的说明中已经提到，转发节点在部署时可由系统运营商预先部署，也可由用户节点提升得到。在预先部署时，所要部署的转发节点应当分散地部署在整个网络的不同ISP网络中。在预先部署时，首先获取因特网的AS拓扑结构信息，然后基于这些拓扑结构信息计算不同AS节点的FSRI值，最后去除FSRI值最大和最小的部分节点，从剩余节点中选择一定数量的节点作为转发节点。由用户节点提升转发节点时，当一个用户节点刚加入到Overlay系统，启动前述用户节点所运行的分布式转发节点提升算法，获取节点基本信息，若满足基本条件，则向服务节点发送转发节点申请消息，获取转发节点初选标准。若初选通过，向服务节点发送转发节点可行消息，进行复选。服务节点调用前述服务节点运行的分布式转发节点提升算法进行复选，若复选通过，则将该用户节点提升为转发节点，否则，作为一般用户节点。在图1所示的实例中，转发节点OF1、OF2、OF3可在预先部署时得到，而转发节点OUF1、OUF2、OUF3则由用户节点提升后得到。

用户节点在加入Overlay系统中时，向系统中的公知服务器发送用于申请加入系统的注册消息，公知服务器在服务系统中查询距离用户节点最近的服务器，将其服务接口发送给用户，然后用户节点向该服务器发送注册消息，服务器节点为其分配用户ID，从而将用户节点加入到Overlay系统中。当有一个用户节点新加入Overlay系统后，整个网络系统的网络拓扑结构会发生变化，因此可由服务节点将从互联网管理机构获取的AS和前缀对应关系表发送给用户节点，请求用户节点进行网络拓扑探测。用户节点依据这个对应关系表，采用随机的方法构造探测的目标地址列表，进行周期的拓扑探测，将探测的多个AS部分拓扑进行整合，可得到局部的AS拓扑图。将所得到的局部拓扑图定期地发送给服务节点，服务节点整合各个局部视图可得到全局拓扑图。网络拓扑图在计算FSRI指标值时有重要的应用。

本发明还提供了一种基于网络拓扑分析的转发节点选取装置，用于在包括服务节点、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，该装置包括候选邻居转发节点选取模块、路径相关性检测模块、性能检测模块；其中，

所述的候选邻居转发节点选取模块根据源用户节点的位置和该用户节点所在网络的拓扑结构，采用BFBB算法选取该用户节点的候选邻居转发节点；其中，

所述BFBB算法在对网络拓扑图中的每个节点计算FSRI指标值后，调用广度优先算法选取所述网络拓扑图上FSRI值大于所述用户节点的FSRI值的节点作为候选邻居转发节点，直到满足对所述邻居转发节点的数目要求；若所选取的邻居转发节点的数目小于所述的数目要求，则将所述用户节点的FSRI值减1后，重新利用广度优先算法选取候选邻居转发节点，直到满足要求为止；

所述计算FSRI指标值包括：

步骤a)、将一个变量curFSRI的值初始化为1；

步骤b)、在网络拓扑图中查找当前度值为1的节点，将其FSRI指标值置为所述变量curFSRI的值，删除这些点及其依附的边，并将这些点的邻居节点的当前度值减1；

步骤c)、若在网络拓扑图中的所有节点都已经处理完毕，则结束操作；

步骤d)、若在网络拓扑图中还存在未处理的节点，则从当前剩余节点中选取所有原始度值乘积最小的相邻节点对，删除它们之间的连边，降低这些相邻节点对的当前度值，重复本步骤的操作，直到出现当前度值为1的节点后，将所述变量curFSRI的值后，重新执行步骤b)；

所述的路径相关性检测模块检测源用户节点经由所述候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径与所述源用户节点到目的用户节点的默认路径的相关性，将相关性高的候选路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除；

所述的性能检测模块将源用户节点经由所述路径相关性检测模块得到的候选邻居转发节点到达目的用户节点的候选路径做性能检测，将不满足性能要求的候选路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除，剩余的候选邻居转发节点为所要选取的转发节点。

本发明的方法和装置与现有的Overlay技术中采用的随机选择和基于最早分叉思想的选择方法相比，通过充分的分析和利用网络底层拓扑知识，能够有效降低所创建的Overlay路径与默认原始路径的重叠相关度，可以显著改善Overlay节点的探测强度，节省路径建立的开销。

本发明的方法通过路径切换或多径传输技术，可更好的实现在网络故障或性能不稳定的情况下，提升网络容错能力，保证通信的稳定性，优化网络的传输质量。

本发明不仅适用于Overlay网络中的用户节点的备用路径建立和切换，也可作为进行Internet多径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 (11)

1.一种转发节点选取方法，用于在包括服务节点、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)、根据源用户节点的位置和该源用户节点所在网络的拓扑结构，采用限界广度优先算法(BFBB)选取该源用户节点的候选邻居转发节点；其中，

所述限界广度优先算法(BFBB)在对网络拓扑图中的每个节点计算转发节点参考指标(FSRI)值后，调用广度优先算法选取所述网络拓扑图上转发节点参考指标(FSRI)值大于所述源用户节点的转发节点参考指标(FSRI)值的节点作为候选邻居转发节点，直到满足对所述候选邻居转发节点的数目要求；若所选取的邻居转发节点的数目小于所述的数目要求，则将所述源用户节点的转发节点参考指标(FSRI)值减1后，重新利用广度优先算法选取候选邻居转发节点，直到满足要求为止；

所述计算转发节点参考指标(FSRI)值包括：

步骤a)、将一个变量curFSRI的值初始化为1；

步骤b)、在网络拓扑图中查找当前度值为1的节点，将其转发节点参考指标(FSRI)值置为所述变量curFSRI的值，删除这些点及其依附的边，并将这些点的邻居节点的当前度值减1；

步骤c)、若在网络拓扑图中的所有节点都已经处理完毕，则结束操作；

步骤d)、若在网络拓扑图中还存在未处理的节点，则从当前剩余节点中选取所有原始度值乘积最小的相邻节点对，删除它们之间的连边，降低这些相邻节点对的当前度值，重复本步骤的操作，直到出现当前度值为1的节点后，将所述变量curFSRI的值自增后，重新执行步骤b)；

步骤2)、检测源用户节点经由所述候选邻居转发节点到达目的用户节点的备用路径与所述源用户节点到目的用户节点的默认路径的相关性，将相关性高的备用路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除；

步骤3)、将源用户节点经由所述步骤2)得到的候选邻居转发节点到达目的用户节点的备用路径做性能检测以从所述的候选邻居转发节点进一步选取转发节点。

2.根据权利要求1所述的转发节点选取方法，其特征在于，在所述的步骤1)之前，包括配置转发节点的步骤，该步骤包括：

预先部署转发节点；其中，

获取网络的拓扑结构信息；

基于所述拓扑结构信息计算不同节点的转发节点参考指标(FSRI)值；

去除转发节点参考指标(FSRI)值最大和最小的部分节点，从剩余节点中选择一定数量的节点作为转发节点。

3.根据权利要求2所述的转发节点选取方法，其特征在于，所述的配置转发节点步骤还包括；

由用户节点提升转发节点；其中，

在用户节点加入所述覆盖网时，所述服务节点向该用户节点发送用户转发节点提升消息，请求对节点性能进行测量并进行初选；

在初选通过后，将性能指标值发送给服务节点进行复选，复选通过后，将该用户节点提升为转发节点。

4.根据权利要求1所述的转发节点选取方法，其特征在于，在所述的步骤1)之前，还包括用户节点加入所述覆盖网，更新网络拓扑图的步骤，该步骤包括：

服务节点请求新加入的用户节点进行网络拓扑探测；

所述新加入的用户节点构造探测的目标地址列表，进行周期的拓扑探测，整合拓扑探测结果后得到局部的拓扑图；

所述服务节点整合从所述新加入的用户节点得到的局部拓扑图，生成全局拓扑图。

5.根据权利要求1所述的转发节点选取方法，其特征在于，还包括：

步骤4)、根据所选取的转发节点为源用户节点和目的用户节点构建备用路径。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的转发节点选取方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的采用限界广度优先算法(BFBB)选取该源用户节点的候选邻居转发节点包括：

所述的源用户节点根据网络拓扑的局部视图调用限界广度优先算法(BFBB)，得到相应的候选邻居转发节点。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的转发节点选取方法，其特征在于，在所述的步骤1)中，所述的采用限界广度优先算法(BFBB)选取该源用户节点的候选邻居转发节点包括：

所述的源用户节点向覆盖网中的服务节点发出选择候选邻居节点的请求；

所述的服务节点根据所述源用户节点所在网络域的网络拓扑的视图调用限界广度优先算法(BFBB)，得到相应的候选邻居转发节点。

8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的转发节点选取方法，其特征在于，所述的步骤2)包括：

步骤2-1-1)、通过路由追踪指令(Traceroute)获取源用户节点C2到目的用户节点C1的所有2-跳覆盖网(Overlay)备用路径，用P(C2，C1)表示；

步骤2-1-2)、通过每个候选邻居转发节点分别获取路径P(C2，F_i)和P(F_i，C1)，进而得到P’(C2，F_i，C1)＝P(C2，F_i)∪P(F_i，C1)，其中F_i表示候选邻居转发节点；

步骤2-1-3)、对所有的候选邻居转发节点F_i计算P(C2，C1)与P’(C2，F_i，C1)的交集，并将结果按升序做排列；

步骤2-1-4)、从排序结果中选取排序在前的若干个结果作为所要保留的候选邻居转发节点。

9.根据权利要求1或2或3或4或5所述的转发节点选取方法，其特征在于，所述的步骤2)包括：

步骤2-2-1)、从用户节点C2所在的网络自治域(AS)作为起点，在网络自治域(AS)拓扑上运行广度优先算法，直到为C2选取的所有转发节点的网络自治域(AS)都被遍历过之后，随机选取N个网络自治域(AS)，从每个网络自治域(AS)中随机选取M个转发节点作为目标主机，存入Dests中；

步骤2-2-2)、对每个转发节点F，在Dests集合中，循环地探测用户节点经过F到达每个目标主机的转发路径，与用户节点直接到达目标主机的默认路径重叠的路由器数目，存入用于表示经过转发节点F到达目标主机的路径与默认路径重叠的路由器数目的F_dOLPN中，用这个值除以默认路径长度的比值并存入用于表示经过转发节点F到达目标主机的路径和默认路径重叠的路由器数目与默认路径长度的比值的F_dOLPR中，重复执行本步骤，直到完成所有的转发节点的测量和计算；

步骤2-2-3)、求一个转发节点F的F_dOLPR的均值E(F_dOLPR)，所得到的结果为用于表示转发节点F构成的备用路径与默认路径的路径近似重叠度(PAPO)指标，若该指标大于第一阈值，则删除该转发节点，然后重复执行本步骤，直到处理完所有的转发节点；

步骤2-2-4)、依据所述的F_dOLPN值计算每2个转发节点之间的Cov(X_dOLPN，Y_dOLPN)得到位置模式相似度(PPS)指标，若该指标大于第二阈值，则删除其中一个转发节点后，重复执行本步骤，直到处理完所有转发节点对后，结束操作；其中，

$\mathrm{Cov}(X_{\mathrm{dOLPN}},Y_{\mathrm{dOLPN}})=\frac{E\left(\mathrm{XY}\right)-E\left(X\right)E\left(Y\right)}{\mathrm{STD}\left(X\right)\mathrm{STD}\left(Y\right)}$

$E\left(X_{\mathrm{dOLPN}}\right)=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}{X}_{\mathrm{dOLPN}}$

$\mathrm{STD}{\left(X_{\mathrm{dOLPN}}\right)}^2=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}{(X-E\left(X\right))}^2$

$E(X_{\mathrm{dOLPN}},Y_{\mathrm{dOLPN}})=\frac{1}{\mathrm{OP}}\underset{d\∈\mathrm{Dests}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{XY}$

其中，d表示目标主机，X_dOLPN表示经过转发节点X到达目标主机d的路径与默认路径重叠的路由器数目，Y_dOLPN表示经过转发节点Y到达目标主机d的路径与默认路径重叠的路由器数目，Dests表示目标主机集合，OP表示用户到目标主机的默认路径数，E表示期望，STD表示方差，Cov(X，Y)表示协方差。

10.根据权利要求1或2或3或4或5所述的转发节点选取方法，其特征在于，其特征在于，在所述的步骤3)中，所述的性能检测包括延时、抖动、丢包率、可用带宽的检测。

11.一种转发节点选取装置，其特征在于，用于在包括服务节点、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，该装置包括候选邻居转发节点选取模块、路径相关性检测模块、性能检测模块；其中，

所述的候选邻居转发节点选取模块根据源用户节点的位置和该源用户节点所在网络的拓扑结构，采用限界广度优先算法(BFBB)选取该源用户节点的候选邻居转发节点；其中，

所述限界广度优先算法(BFBB)在对网络拓扑图中的每个节点计算转发节点参考指标(FSRI)值后，调用广度优先算法选取所述网络拓扑图上转发节点参考指标(FSRI)值大于所述源用户节点的转发节点参考指标(FSRI)值的节点作为候选邻居转发节点，直到满足对所述邻居转发节点的数目要求；若所选取的邻居转发节点的数目小于所述的数目要求，则将所述源用户节点的转发节点参考指标(FSRI)值减1后，重新利用广度优先算法选取候选邻居转发节点，直到满足要求为止；

所述计算转发节点参考指标(FSRI)值包括：

步骤a)、将一个变量curFSRI的值初始化为1；

步骤b)、在网络拓扑图中查找当前度值为1的节点，将其转发节点参考指标(FSRI)值置为所述变量curFSRI的值，删除这些点及其依附的边，并将这些点的邻居节点的当前度值减1；

步骤c)、若在网络拓扑图中的所有节点都已经处理完毕，则结束操作；

步骤d)、若在网络拓扑图中还存在未处理的节点，则从当前剩余节点中选取所有原始度值乘积最小的相邻节点对，删除它们之间的连边，降低这些相邻节点对的当前度值，重复本步骤的操作，直到出现当前度值为1的节点后，将所述变量curFSRI的值自增后，重新执行步骤b)；

所述的路径相关性检测模块检测源用户节点经由所述候选邻居转发节点到达目的用户节点的备用路径与所述源用户节点到目的用户节点的默认路径的相关性，将相关性高的备用路径所对应的转发节点从所述候选邻居转发节点中删除；

所述的性能检测模块将源用户节点经由所述路径相关性检测模块得到的候选邻居转发节点到达目的用户节点的备用路径做性能检测以从所述的候选邻居转发节点进一步选取转发节点。

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