CN101753623A - 一种适用于全ip宽带移动网的p2p系统及内容共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于全IP宽带移动网的P2P系统及内容共享方法，涉及移动数据通信领域，目的在于将P2P技术引入全IP宽带移动网络。系统由Super Node，以及与Super Node连接的Client组成；移动网络中的Super Node由P-GW和DSS组成；系统中包含的移动和固定的Super Node形成二维覆盖网络：第一维覆盖网络为所有的Super Node之间组成DHT的结构化覆盖网络；同时，第二维覆盖网络为相邻Super Node之间进行信息交流形成的Flooding簇。方法包括：共享内容发布的步骤；共享内容搜索的步骤；共享内容下载的步骤。

Description

一种适用于全IP宽带移动网的P2P系统及内容共享方法

技术领域

本发明涉及移动数据通信领域，尤其涉及适用于多接入方式和多网络融合下的全IP宽带移动网的P2P系统及内容共享方法。

背景技术

P2P(对等点到对等点)网络成为近年来最热门的应用。P2P充分利用了网络边缘的资源，将原本在集中服务器完成的任务分散到用户侧来完成，从而可以降低成本。基于P2P的业务为大规模用户提供较好质量的应用，降低了运营商的投入与维护费用，为运营商提高了市场竞争力。P2P网络的关键是提供用户资源的存储、定位与查找键功能，基于P2P的这些核心功能可以开展语音通信，流媒体视频和在线游戏等多种应用服务，为用户提供丰富多样的业务体验，因此，以BT和eMule为代表的下载工具已经成为典型的资源共享软件，Skype因其良好的通话质量和低廉的通话费用已经成为全球用户使用者最多的网络语音通信软件，PPlive等视频观看软件已经成为大多数人上网观看视频的主要工具。

随着移动网络的发展和P2P网络的成熟，P2P技术与移动网络融合已经成为趋势。目前3G已经正式投入运营，移动网络正在向全IP宽带移动网络的方向发展。为了满足人们数据业务的需求，3GPP在R5中提出了IMS(IP多媒体子系统)的概念，实现了业务与控制分离和接入与控制分离，为业务提供商提供了良好的开发平台。随着接入技术的不断发展，3GPP为提高在未来十年之内的竞争力，又提出了接入核心网络的SAE(系统演进计划)，其目的是增强越来越丰富的IP数据业务的处理能力和支持多种接入方式(2G/3G、LTE、WiFi、WiMAX、WLAN)之间的互通能力，移动用户根据需要可以选择不同的接入方式，体验高速数据传输带来的乐趣。所以，目前业界普遍认为未来全IP宽带移动网络必将是以IMS为控制核心网络和SAE为接入核心网络的系统架构。

但是，全IP宽带移动网络层次化的结构与P2P的扁平化的结构形成了鲜明的对比，在互联网中，对等节点直接相连，高效的搜索和交互资源；而移动网络是基于层次的结构，不能直接利用互联网中现在的技术。

发明内容

本发明提供了一种适用于全IP宽带移动网的P2P系统及内容共享方法，目的在于将P2P技术引入全IP宽带移动网络。

本发明所指的P2P系统适用于全IP宽带移动网络，基于3GPP提出的接入核心网络SAE构建P2P覆盖网络，采用3GPP提出的IMS控制业务。基于SAE的P2P系统可以分为网络实体和网络架构两个部分。

全IP宽带移动网络的P2P系统借鉴互联网中的P2P的混合式系统，因此网络架构由Super Node、Client等功能实体组成。其中Super Node有固定网络和移动网络两个部分，固定网络中的Super Node是互联网中的处理能力强的终端节点，移动网络中的Super Node则是通过在SAE中的分组数据网关P-GW中增加相应的功能模块来实现；移动Client是所有能够通过SAE接入全IP宽带移动网络的终端，满足了各种接入方式的终端互联互通的需求。

网络架构采用二维覆盖网络架构，在所有的Super Node之间组成DHT(分布式哈希表)的结构化覆盖网络，该网络采用DHT结构化的搜索算法；同时邻居Super Node之间进行信息交流形成规模有限的Flooding簇，形成第二维覆盖网络，在Flooding簇内查找资源采用洪泛搜索算法。

在全IP宽带移动网络的P2P系统中采用3GPP提出的IMS作为控制核心网络，为移动用户提供服务质量保证，为运营商提供计费等功能，同时业务提供商可以根据P2P覆盖网络提供的信息开发相应的服务。

下面基于本发明所提出的全IP宽带移动网络中的P2P二维覆盖网络架构公开一种内容共享的方法，内容共享分发方法包括：

a.共享内容的发布：Client向Super Node发布自己的共享索引信息。SuperNode根据算法将索引信息存储在相应的覆盖网络。

b.共享内容的搜索：Client向Super Node发送自己的共享内容需求，SuperNode根据共享内容搜索算法在相应的P2P覆盖网络搜索资源，并将搜索到的共享内容列表返回给Client。

c.共享内容的下载：Client向Super Node发出请求，IMS根据Super Node上传的信息进行下载的发起、控制和结束。在数据的传输过程中，分组数据网关会根据应用服务器的策略记录相应的数据，IMS根据分组数据网关记录的数据进行控制。

因此，通过对本发明系统及方法的设计和实施，使移动用户能够得到丰富的多媒体资源和多样应用业务，运营商能够采用灵活的QoS机制为用户保证服务质量，同时采用灵活的计费方式合理地增加效益，业务提供商可以基于统一的P2P平台开发新的业务。

附图说明

图1为本发明实施例中的基于SAE的P2P系统实体图；

图2为本发明实施例中的二维的P2P覆盖网络结构图；

图3为本发明实施例中的移动用户共享内容发布的流程图；

图4为本发明实施例中的移动用户共享搜索的流程图；

图5为本发明实施例中的移动用户共享下载的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的系统及方法分别进行详细说明。

全IP宽带移动网络的P2P系统的实施例：本发明的提供了适用于移动用户的多种接入方式的全IP宽带移动网络P2P体系结构。下面以图1为例，详细说明全IP宽带移动网中P2P的二维覆盖网络架构的实体选择与功能。

参见图1所示，架构中的实体包括RAN(无线接入网)、ERAN(演进的无线接入网)、NON-3GPP(非3GPP接入)、SGSN(GPRS服务支持节点)、MME(移动性管理实体)、SAE Servering GW(SAE服务网关)、PCRF(策略控制与计费功能)，以及IMS网络。

为了在SAE的层次化的结构下布置P2P覆盖网络，将SAE PDN GW(SAE分组数据网关)增加DSS(分布式用户服务器)使其成为EP-GW(增强型分组数据网关)，其中，DSS用于记录包括发布在二维覆盖网络的资源索引信息等。EP-GW就是移动网络中的Super Node。EP-GW支持移动网络中的多种接入方式，包括2G/3G、LTE和WLAN等，利用EP-GW中的移动锚点实现不同接入方式之间的切换；EP-GW在PCRF下载PCC(策略计费控制)执行计费和其它策略，根据移动用户的等级和业务的种类来划分不同的QoS保证和灵活的计费方式；EP-GW向上为IMS提供其记录的数据，IMS会根据收到的数据进行相应的控制。同时，EP-GW的还维护着覆盖网络，用户的内容相关信息无论存储在本地，还是存储在DHT结构化网络中都将由DSS管理，具体的方法将在覆盖网络中说明。

全IP宽带移动网络的移动Client是通过SAE接入的所有的移动终端，这些移动终端在EP-GW得到IP地址和端口号。Client具有发布、搜索资源信息和提供下载资源的能力。全IP宽带移动网络中采用不同接入方式连接到移动网络的用户终端在传输带宽和处理能力上有很大的差别，因此不同接入方式的移动用户根据PCRF采用不同的业务能力权限与计费方式，例如：采用GPRS方式接入的用户采用较低的资费和限制资源上传能力的方式等。

固定互联网中根据混合结构的规模，在一定的范围内根据算法选取一个能力强的节点作为Super Node，其它的节点作为Client。在传输带宽和处理能力方面，固定网络中的Client相对于移动网络中的Client都具有较强的能力，因此，固定网络中的Client都具有发布、搜索、下载和提供共享资源的能力。固定网络中的Client下载资源时可优先在固定网络中下载，若下载移动用户有资源则采用注册IMS协商好的计费策略。

移动和固定网络中的Super Node组成二维P2P覆盖网络，如图2所示。DHT结构化的网络可以在有限的步骤内准确的搜索到资源，但是该结构是一种先应式的结构，在该覆盖网络中必须有相应的资源信息，并且通过DHT结构化算法维护这些索引，移动网络终端频繁加入与退出的特点会造成维护DHT结构化网络的开销过大，因此，在所有Super Node组成一个结构化的DHT覆盖网络中并不存储流行的资源，该覆盖网络用于存储整个网络中非流行的资源索引信息，存储于DSS的DHT中，搜索数量非流行的资源时在DHT覆盖网络采用DHT结构化的算法进行资源的搜索。流行文件采用Flooding算法可以达到较好的搜索效果，因此流行的资源并不会发布到DHT结构化的覆盖网络，而是将资源的索引信息保存在DSS的本地列表中，一定数量的邻居Super Node会组成一个Flooding簇，因此就形成了以邻居Super Node为成员的簇，在簇内的资源搜索采用Flooding的搜索方法。Super Node根据资源的流行程度将资源信息发布到不同的覆盖网络，搜索资源在相应的覆盖网络搜索相应的资源，采用这样的结构会提高搜索能力，改善搜索效果。EP-GW中的DSS首先收集本地Client发布的资源信息存储在DSS的本地列表内，然后通过一定的算法在Flooding簇内与其它Super Node进行通信，收集整理和交互整个簇内的资源的信息，最后由Super Node来决定是否发布到DHT结构化的覆盖网络中。

基于全IP宽带移动网络的P2P内容共享方法的实施例，由于固定网络中有丰富的资源，下载资源多在固定网络中进行。因此，移动用户下载共享内容是本专利的重点，下面对共享内容的发布、搜索与下载做详细的说明：

如图3所示，是共享内容发布的流程图。

步骤(1)～(4)：用户开机，得到IP与端口号，向IMS提供移动Client的信息，生成相应的业务控制策略；(步骤1～4的协议英文术语为1.Power on；2.PS-Attchment；3.Establish PDP content；4.IMS Registrarion)

步骤(5)：用户发布共享内容的索引信息，该信息包括用户的业务ID、用户的IP、用户的组ID、共享内容信息的关键字，共享内容的类别信息，网络状态信息等内容；(步骤5的协议英文术语为5.publish)

步骤(6)～(7)：由于用户首次发布共享内容信息，EP-GW并没有执行相应业务的策略，因此EP-GW请求从PCRF获取PCC下载该用户所有的业务处理的策略，PCRF响应EP-GW的请求；(步骤6～7的协议英文术语为6.PCCRequest；7.PCC Answer)

步骤(8)～(10)：EP-GW根据收集到的索引信息采用混合式搜索算法来决定是否在DHT结构化覆盖网络中发布索引信息，若共享内容采用DHT结构化算法，那么利用结构化P2P协议对共享内容进行结构化的存储，Super Node向Client发出共享内容发布响应；(步骤8～10的协议英文术语为8.Metedataprocess；9.Publication of  metedata information between P2P nodes using P2Pprotocol；10.OK)

步骤(11)-(15)：流程与上面类似，只是少了EP-GW与PCRF通信的流程，原因在于EP-GW第一次通信时已经下载了所有业务的处理策略，不必要再重复下载。(步骤11～15的协议英文术语为11.Resource is modified；12.publish；13.Metedata process；14.Publication of metedata information betweenP2P nodes using P2P protocol；15.OK)

如图4所示，是共享内容搜索的流程。

步骤(16)：移动用户在P2P覆盖网络查找自己感兴趣的共享内容的信息；(步骤16的协议英文术语为16.Subscribe)

步骤(17)：EP-GW根据所要搜索的文件的流行度决定采用相应的搜索方法得到移动用户感兴趣共享内容的结果；(步骤17的协议英文术语为17.Searchof metedata information between P2P nodes using P2P protocol or Flooding)

步骤(18)：将用户请求的共享内容的索引列表传递给用户，用户用来决定是否进行下载。(步骤18的协议英文术语为18.OK)

如图5所示，共享内容下载的流程。

步骤(19)：在用户得到了共享内容所在用户的地址与端口后就请求发送给IMS，由应IMS进行共享内容过程的控制，这样运营商可以达到控制QoS和计费等目的；(步骤19的协议英文术语为19.Invite)

步骤(20)～(23)：移动终端通过IMS向拥有共享内容的用户发起请求，拥有共享内容的用户响应请求；(步骤20～23的协议英文术语为20.Invite；21.Invite；23.OK)

步骤(24)～(25)：双方进行数据传输，在数据传输的过程中EP-GW根据从PCRF下载的PCC对用户进行基于业务和流量等多种方式的进行计费，同时，根据用户的等级与业务的类型保证用户拥有不同等级的QoS。EP-GW定期的将信息上传到IMS，IMS根据收到的信息调整PCC；(步骤24～25的协议英文术语为24.Data transfer；25.Report)

步骤(26)～(31)：经过握手确认数据传输结束，分组数据网关向IMS报告最终的传输信息，包括计费信息，QoS信息等。(步骤26～31的协议英文术语为26.Data transfer over；27.Bye；28.Bye；29.OK；30.OK；31.Report)。

另外，固定网络中Client发布信息的步骤与移动网络中所述类似，只是少了分组域附着的步骤，在此不再赘述。如果固定网络中的Client用到了移动网络的资源，那么就采用固定Client在IMS注册时的计费策略，然后PCRF来执行；多数情况固定用户下载固定网络的资源，与现有技术相同，不用采用任何的计费方式。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种适用于全IP宽带移动网的P2P系统，其特征在于，由固网和移动网中的超级节点Super Node，以及与Super Node连接的客户端Client组成；其中，移动网中的Super Node由分组数据网关P-GW和分布式用户服务器DSS组成；

系统中包含的Super Node形成二维覆盖网络：第一维覆盖网络为所有的Super Node之间组成分布式哈希表DHT的结构化覆盖网络；同时，第二维覆盖网络为相邻Super Node之间进行信息交流形成的Flooding簇。

2.如权利要求1所述的P2P系统，其特征在于，所述第一维覆盖网中共享内容搜索算法采用DHT结构化的搜索算法；第二维覆盖网络中共享内容搜索算法采用洪泛搜索算法。

3.如权利要求1所述的P2P系统，其特征在于，所述移动网中的Super Node支持移动网络中的各种接入方式；移动Client为通过各种接入方式经由演进网SAE能够接入全IP宽带移动网络的终端。

4.如权利要求3所述的P2P系统，其特征在于，所述移动网中的Super Node基于移动Client的接入方式，根据策略计费控制PCC采用不同的业务能力权限与计费方式。

5.如权利要求1所述的P2P系统，其特征在于，发布资源信息的逻辑为移动网Super Node中的DSS收集本地移动Client发布的资源信息并存储在本地列表内，之后该Super Node收集整理和交互簇内的资源信息，最后由该SuperNode决定是否发布到结构化DHT覆盖网络中。

6.一种内容共享的方法，其特征在于，包括下列步骤：

共享内容发布的步骤：Super Node将Client发布的共享索引信息根据其流行度大小存储在相应的覆盖网络；

共享内容搜索的步骤：Super Node根据Client发送的共享内容需求，以共享内容搜索算法在相应的覆盖网络中搜索资源，并将搜索到的共享内容列表返回给Client；

共享内容下载的步骤：Client从所述共享内容列表中选择待下载内容，并由Super Node执行下载的策略，IMS进行控制。

7.如权利要求6所述内容共享的方法，其特征在于，共享内容发布的步骤中，发布共享索引信息的逻辑为移动网Super Node中的DSS收集本地移动Client发布的资源信息并存储在本地列表内，之后该Super Node在Flooding簇内与其它相邻Super Node进行通信，收集整理和交互簇内的资源信息，最后由该Super Node决定是否发布到结构化DHT网络中。

8.如权利要求6所述内容共享的方法，其特征在于，共享内容搜索的步骤中，在第一维覆盖网中搜索共享内容采用DHT结构化的搜索算法；在第二维覆盖网络中搜索共享内容采用洪泛搜索算法。

9.如权利要求6所述内容共享的方法，其特征在于，共享内容下载的步骤中所述控制下载包括：

移动网Super Node与IMS交互，经由IMS控制下载的发起、控制和结束；

以及移动网Super Node基于移动Client的接入方式，根据PCC采用不同的业务能力权限与计费方式。

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