CN102075359A - 一种基于网络坐标的服务器部署方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络坐标的服务器部署方法及装置，以避免进行网络服务器部署时受到备选节点的限制，提高网络服务器部署的灵活性和可扩展性。该方法为：基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，并根据所述网络坐标基准点确定网络坐标系，将目标客户端映射至所述网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，并保存所述坐标点和所述目标客户端的网络地址之间的映射关系，分别将所述网络坐标系中由目标客户端映射获得的坐标点聚合到多个质心，根据所述多个质心确定服务器的部署位置，所述质心用以表征多个目标客户端在网络坐标系中的中心位置。本发明同时公开了一种基于网络坐标的服务器部署装置。

Description

一种基于网络坐标的服务器部署方法及装置

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种基于网络坐标的服务器部署方法及装置。

背景技术

随着网络和通信技术的发展，网络服务从最初的以静态网页为主转变为以大文件、视频为主，并向提供如视频共享、社交网络服务等交互式信息共享和协同工作的方向发展，这就需要网络能够提供高扩展性、大容量、高服务质量保证、强交互性和安全性等方面的保障。现有的网络基础架构是采用端到端的涉及原则，即通过对数据包的存储转发进行网络连接和信息交互，虽然该网络基础架构实现简单且扩展性强，但是仍难以满足不断涌现的网络应用需求。

针对上述问题，现在有两种解决思路，一种是改变现有的网络体系，通过设计新的网络基础架构满足当前和未来一段时期内的网络发展需求；另一种则是在现有网络基础架构的基础上，通过引入覆盖网络和新技术对现有网络进行改进，以满足网络发展需求，例如，内容网络(Content Network，CN)。根据RFC3466的定义，内容网络是通过在因特网(Internet)上部署服务节点，并通过应用层协议将部署的服务节点组织形成一个构建在IP网络之上的覆盖层，以为网络应用提供灵活高效的服务，其典型应用有内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)、对等网络(Peer to Peer，P2P)和云计算(Cloud Computing)等。

内容网络的关键技术之一是对服务器进行部署，服务器部署的成功与否，直接影响内容网络的服务质量和使用效率，从而对内容网络的服务性能产生重大影响。传统的方法是将服务器部署问题转化为设备定位问题，在已知网络拓扑结构的情况下，利用图理论，根据最小化响应延迟、带宽消耗、能量消耗等优化目标，从N个备选节点中选择M个节点作为服务器部署节点。但在当前网络环境下，该服务器部署方法存在以下不足：第一点，该部署方法是在假设有一系列备选节点的基础上进行的，但是这种假设在现实中往往是不存在的；第二点，该部署方法的可扩展性不强，即服务器部署节点只能从备选节点中选择，将服务器部署问题转化为设备定位问题，实质是采用搜索算法来定位服务器部署节点，因此服务器部署节点只能限于备选节点之中，且能够确定服务器部署节点数目受到备选节点的限制，可扩展性差。

发明内容

本发明提供一种基于网络坐标的服务器部署方法及装置，以避免进行网络服务器部署时受到备选节点的限制，提高网络服务器部署的灵活性和可扩展性。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种基于网络坐标的服务器部署方法，包括：

基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，并根据所述网络坐标基准点确定网络坐标系；

将目标客户端映射至所述网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，并保存所述坐标点和所述目标客户端的网络地址之间的映射关系；

分别将所述网络坐标系中由目标客户端映射获得的坐标点聚合到多个质心，根据所述多个质心确定服务器的部署位置，所述质心用以表征多个目标客户端在网络坐标系中的中心位置。

一种基于网络坐标的服务器部署装置，包括：

第一处理单元，用于基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，并根据所述网络坐标基准点确定网络坐标系；

第二处理单元，用于将目标客户端映射至所述网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，并保存所述坐标点和所述目标客户端的网络地址之间的映射关系；

第三处理单元，用于分别将所述网络坐标系中由目标客户端映射获得的坐标点聚合到多个质心，根据所述多个质心确定服务器的部署位置，所述质心用以表征多个目标客户端在网络坐标系中的中心位置。

基于上述技术方案，本发明实施例中，基于预设的探测节点确定网络坐标基准点，进而构建网络坐标系，将目标客户端映射至网络坐标系中，使得每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，通过聚类将目标客户端聚合到多个质心中，根据质心确定服务器的部署位置，从而无需设置服务器备选节点，避免了进行服务器部署时受到的备选节点的限制，并且本发明基于聚类获得的质心确定服务器部署位置，能够有效地提高服务器的负载均衡性，避免了服务器过载，提高了网络服务质量以及用户体验。

附图说明

图1为本发明实施例中基于网络坐标的服务器部署方法流程图；

图2为本发明实施例中基于网络坐标的服务器部署装置结构图。

具体实施方式

为了避免进行网络服务器部署时受到备选节点的限制，提高网络服务器部署的灵活性和可扩展性，本发明实施例中，提供了一种基于网络坐标的服务器部署方法及装置，通过构建网络坐标系，将目标客户端映射为网络坐标系中的坐标点，并将网络坐标系终端中的坐标点聚合至多个质心中，基于该多个质心确定服务器的部署位置。

在进行服务器部署时，需要了解网络拓扑、用户分布等网络状态信息，并以减小用户请求响应时间、均衡网络负载等为目标，确定服务器部署策略，这就需要估计网络中客户端到各个服务器之间的距离(即往返时延)，基于网络坐标估计客户端到服务器之间的距离时，首先将客户端和服务器映射到一个N维的网络坐标系中，再通过两者在网络坐标系中的距离获得两者的实际距离。基于此，本发明可以通过网络坐标进行服务器部署。

下面结合附图对本发明优选的实施例进行详细说明。

本发明实施例中，基于网络坐标的服务器部署方法流程如附图1所示，具体包括以下步骤：

S101：基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，并根据该网络坐标基准点确定网络坐标系；

S102：将目标客户端映射至网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，并保存坐标点和目标客户端的网络地址之间的映射关系；

S103：分别将网络坐标系中由目标客户端映射获得的坐标点聚合到多个质心，根据该多个质心确定服务器的部署位置，质心用以表征多个目标客户端在网络坐标系中的中心位置。

实际应用中，为了能够准确确定网络坐标系，至少需要三个网络坐标基准点。其中，步骤S101中基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点时，获取各个探测节点的网络探测信息，该网络探测信息用于表征探测节点对应的至少一条链路的工作状态，基于获得的各个探测节点的网络探测信息确定网络坐标基准点。本发明实施例中探测节点的网络探测信息包含与该探测节点相连的所有链路的工作状态。

本发明实施例中，网络探测信息至少包括网络连通状态信息和网络延时信息，是通过各个探测节点相互之间进行网络探测获得。各个探测节点中保存其余探测节点的网络地址(IP地址)，每个探测节点接收其余探测节点发送的网络探测信息。在确定网络坐标基准点时，首先获取各个探测节点的网络探测信息，再计算网络坐标基准点。

在基于获得的各个探测节点的网络探测信息确定网络坐标基准点时，可以根据各个探测节点的网络探测信息包含的网络延时信息，基于最大分离准则、N-medians准则和N-cluster-medians准则中的一种或多种，确定网络坐标基准点，本发明实施例并不仅限于以上几种准则，也可以采用其它的准则或计算公式确定网络坐标基准点，对于其它实现方式，本发明也将其包括在内。

其中，最大分离准则是使选取的网络坐标基准点之间的网络延时之和最大，对应的计算公式为

其中，d_ij表示探测节点i和探测节点j之间的网络延时，M表示探测节点的总数。

N-medians准则是使选取的网络基准点之间的网络延时之和最小，对应的计算公式为其中，d_ij表示探测节点i和探测节点j之间的网络延时，M表示探测节点的总数。

在探测节点的数目高于一定阈值时，可以采用N-cluster-medians准则，对探测节点进行聚类，将其聚合为与需要的网络坐标基准点相同数目的簇，再从每个簇中选择网络坐标基准点，在任意一个簇中选择网络坐标基准点时，可以确定该簇的质心，选择离质心最近的探测点作为网络坐标基准点。

例如，预设4个探测节点，该4个探测节点分别为甲、乙、丙、丁，在每个探测节点上保存其余3个节点的IP地址列表，各个节点之间相互进行网络探测获得网络探测信息，即甲分别向乙、丙、丁发送网络探测信息，同时接收乙、丙、丁发送的网络探测信息，从甲探测节点即可获得甲乙、甲丙、甲丁之间的网络探测信息，也就是可以获得甲乙、甲丙、甲丁之间的网络延迟信息，同理，可以获得各个节点之间的网络延迟信息。在采用最大分离准则从4个探测节点中确定3个网络坐标基准点时，首先从4个探测节点中选取3个探测节点进行组合，则可获得C₄ ³种不同的组合，计算3个探测节点中任意2个探测节点的网络延迟时间之和，以甲乙丙组合为例，计算甲乙网络延迟时间、甲丙网络延迟时间、乙丙网络延迟时间之和，同理，计算其它组合的网络延迟时间之和，从所有组合对应的网络延迟时间之和中，选取值最大的一个，其所应用的探测节点即为网络坐标基站点。

在根据网络坐标基准点确定网络坐标系时，通过各个网络坐标基准点之间进行网络探测，获得各网络坐标基准点之间的网络延时，以两个网络坐标基准点之间的网络延时代表其实际距离，确定网络坐标基准点在网络坐标的位置时，根据网络坐标基准点，采用上山算法或梯度搜索算法确定网络坐标系。本发明实施例并不限于以上两种算法，对于其他算法同样适用于本发明，本发明也将其包括在内。例如，具体可以采用以下方法：假设有n个网络坐标基准点，D_ij ^S表示网络坐标基准点i和j在坐标空间S中的距离，在初始计算时设定d_ij ^S的初始值和变化范围，d_ij表示网络坐标基准点i和j之间的网络延时，c_i ^S表示网络坐标基准点i在网络空间S中的位置，通过公式其中

计算在变化范围内的每个d_ij ^S的值对应的的值，将值最小时对应的d_ij ^S确定为网络坐标基准点在网络空间S中的位置，即可确定各网络坐标基准点的网络坐标。

较佳地，在步骤S102中，在选择目标客户端时，首先确定需要部署的服务器提供服务的区域，按照区域内的包含的客户端的分布密度，从中选择对应比例的客户端作为目标客户端，并获取目标客户端的IP地址列表。实际应用中，目标客户端的选择有多种方式，可以根据官方统计的网民分布，选择对应比例网民的客户端作为目标客户端，或者是根据边界网关协议(BGP)路由表获取对应比例的客户端作为目标客户端，或者是根据已有服务平台选择目标客户端。

本发明实施例中，在目标客户端的数量高于预设阈值时，为了减小测量开销，同时保证网络数据的完整性和可靠性，对目标客户端的IP地址进行分簇处理，例如，将目标客户端的IP地址前3个字节相同的归为一个簇，采用设置的IP地址作为该簇的IP地址，假设将192.168.100.1到192.168.100.255的所有IP地址归为一个簇，然后将该簇的首个IP地址设置为默认地址，即将192.168.100.1设置为默认IP地址。

在步骤S102中，将目标客户端映射至网络坐标系中时，基于网络坐标基准点对目标客户端进行网络探测，并接收各目标客户端返回的网络探测信息，根据网络探测信息中包含的网络延时信息确定目标客户端在网络坐标系中的坐标。

其中，在基于网络坐标基准点对目标客户端进行网络探测，并接收各目标客户端返回的网络探测信息时，根据网络探测信息判断目标客户端和网络坐标基准点之间的网络连通状态，若出现异常(如断开连接的目标客户端超过一定阈值，或者网络坐标基准点在规定时间内没有返回网络探测信息等)，则可确定相应的网络坐标基准点出现异常，则需要重新确定网络坐标基准点；否则，则可确定网络坐标基准点工作正常，仅需根据目标客户端和网络坐标基准点之间的网络连通状态更新目标客户端的IP地址列表，即将断开连接的目标客户端的IP地址从列表中删除，将新建立连接的目标客户端的IP地址加入列表。

在步骤S103中，将网络坐标中的坐标点聚合到多个质心，并根据该多个质心确定服务器的部署位置时，基于网络坐系中的各坐标点坐标，以及多个质心的初始坐标，分别计算网络坐标系中的每一个坐标点到该多个质心的距离，分别将每一个坐标点聚合至与该坐标点距离最近的质心，并根据聚合于同一质心的坐标点的坐标，重新计算各质心的坐标，并基于重新计算的各质心的坐标，再次进行聚合并重新计算各质心的坐标，直至多次聚合后判断重新计算的各质心的坐标收敛时，根据重新计算的各质心的坐标，确定对应各质心的坐标设置的网络地址，并将该网络地址确定为服务节点的部署位置。其中，分别将每一个坐标点聚合至与该坐标点距离最近的质心时，可以是分别将每个坐标点聚合至与该坐标点最近的质心，并重新计算质心的坐标，基于重新计算的质心的坐标再次进行聚合，直至重新计算的质心的坐标位置收敛(如，重新计算的质心坐标与本次聚合前的质心坐标相同，或者是重新计算的质心坐标与本次聚合前的质心坐标的距离在预设范围之内)；也可以是同时将多个坐标点聚合至相应的质心，再重新计算质心的坐标，基于重新计算的质心的坐标再次进行聚合，并重新计算各质心的坐标，重复该聚合过程，直至重新计算的质心的坐标位置收敛(如，重新计算的质心坐标与本次聚合前的质心坐标相同，或者是重新计算的质心坐标与本次聚合前的质心坐标的距离在预设范围之内)。在设置质心的初始化坐标时，可以是根据网络中已存在的服务器的运行状况确定一个或多个质心的初始化坐标，也可以是随机选择网络坐标系中的一个或多个坐标点的坐标作为质心的初始化坐标。本发明实施例中，通过聚类确定质心，是根据区域内坐标点的密度确定质心的位置，该质心点所对应的物理位置即为服务器部署的最优位置。

例如，预设3个质心，分别为质心1、质心2和质心3，并设置每个质心的初始化坐标，分别为(1，1，1)、(1，5，5)、(8，8，8)，假设对网络坐标系中的某个坐标点(0，0，1)进行聚合，可以计算该坐标点分别到3个质心的距离，依次为将该坐标点归于距离最近的一个质心中(即质心1)，则在重新计算质心的坐标时，计算该坐标点的坐标和质心1坐标的加权平均值，并确定为新的质心坐标，假设加权值为1，则新的质心坐标为(0.5，0.5，1)，基于新的质心坐标，针对其余坐标点重复上述聚合过程，直至重新计算的质心坐标收敛(如，重新计算的质心坐标与本次聚合前的质心坐标相同，或者是重新计算的质心坐标与本次聚合前的质心坐标的距离在预设范围之内)。

在根据任意一个质心坐标确定对应该坐标位置的网络地址，并将该网络地址确定为服务器的部署位置时，根据用户需求进行确定。例如，若用户要求网络性能最优，则确定与质心坐标最近的坐标点对应的网络地址，并进一步确定与该网络地址对应的物理位置，在该物理位置部署服务器；若用户要求部署服务器的成本最低，则以质心坐标为中心，在预设的范围内选择部署成本最低的坐标点对应的网络地址，并进一步确定与该网络地址对应的物理位置，在该物理位置部署服务器；若用户要求部署服务器的性价比最高，则可以选择离质心坐标次近但性价比最优的坐标点对应的网络地址。

基于上述原理，本发明实施例中，提供一种基于网络坐标的服务器部署装置，如附图2所示，主要包括以下处理单元：

第一处理单元201，用于基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，并根据该网络坐标基准点确定网络坐标系；

第二处理单元202，用于将目标客户端映射至网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，并保存坐标点和目标客户端的网络地址之间的映射关系；

第三处理单元203，用于分别将网络坐标系中由目标客户端映射获得的坐标点聚合到多个质心，根据该多个质心确定服务器的部署位置，质心用以表征多个目标客户端在网络坐标系中的中心位置。

基于上述技术方案，本发明实施例中，基于预设的探测节点确定网络坐标基准点，进而构建网络坐标系，将目标客户端映射至网络坐标系中，使得每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，通过聚类将目标客户端聚合到多个质心中，根据质心确定服务器的部署位置，从而无需设置服务器备选节点，避免了进行服务器部署时受到的备选节点的限制，并且本发明基于聚类获得的质心确定服务器部署位置，能够有效地提高服务器的负载均衡性，避免了服务器过载，提高了网络服务质量以及用户体验。本发明可以随时通过对基准点进行探测确定基准点的工作状态，以及时修正和更新网络坐标，能够采用较少的网络探测开销，获得更完备的网络信息。同时，本发明通过聚类进而确定服务器的部署位置，无需预先选定服务器部署的备选节点，提高了服务器部署的灵活性，能够将服务器部署至网络中的任意位置，从而能够获得全局最优解。

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 (16)

1.一种基于网络坐标的服务器部署方法，其特征在于，包括：

基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，并根据所述网络坐标基准点确定网络坐标系；

将目标客户端映射至所述网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，并保存所述坐标点和所述目标客户端的网络地址之间的映射关系；

分别将所述网络坐标系中由目标客户端映射获得的坐标点聚合到多个质心，根据所述多个质心确定服务器的部署位置，所述质心用以表征多个目标客户端在网络坐标系中的中心位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，包括：

获取各个探测节点的网络探测信息，所述网络探测信息用于表征探测节点对应的至少一条链路的工作状态；

基于获得的各个探测节点的网络探测信息确定所述网络坐标基准点。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述网络探测信息至少包括网络延时信息和网络连通状态信息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，基于获得的各个探测节点的网络探测信息确定所述网络坐标基准点，包括：

根据获得的各个探测节点的网络探测信息包含的网络延时信息，基于最大分离准则、N-medians准则和N-cluster-medians准则中的一种或多种，确定所述网络坐标基准点。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述网络坐标基准点确定网络坐标系，包括：

根据所述网络坐标基准点，采用上山算法或梯度搜索算法确定网络坐标系。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将目标客户端映射至所述网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，包括：

基于所述网络坐标基准点对所述目标客户端进行网络探测；

并接收各目标客户端返回的网络探测信息；

根据所述网络探测信息中包含的网络延时信息确定所述目标客户端在所述网络坐标系中的坐标。

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，将网络坐标系中的坐标点聚合到多个质心，并根据所述多个质心确定服务器的部署位置，包括：

基于网络坐系中的各坐标点坐标，以及所述多个质心的初始坐标，分别计算网络坐标系中的每一个坐标点到所述多个质心的距离；

分别将每一个坐标点聚合至与该坐标点距离最近的质心，并在每次聚合时，根据聚合于同一质心的坐标点的坐标，重新计算各质心的坐标，基于重新计算的各质心的坐标，再次进行聚合并重新计算各质心的坐标，直至多次聚合后判断重新计算的各质心的坐标收敛时，根据重新计算的各质心的坐标，确定对应各质心的坐标设置的网络地址，并将所述网络地址确定为服务器的部署位置。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据重新计算的所述任意一个质心的坐标，确定对应该坐标设置的网络地址，并将所述网络地址确定为服务器的部署位置，至少包括：

根据用户要求将与质心距离最近的坐标点对应的网络地址确定为服务器的部署位置；

或者，

根据用户要求以质心为中心，在预设的范围内，选择部署成本最低的坐标点对应的网络地址确定为服务器的部署位置；

或者，

根据用户要求将与质心距离次近但性价比最优的坐标点对应的网络地址确定为服务器的部署位置。

9.一种基于网络坐标的服务器部署装置，其特征在于，包括：

第一处理单元，用于基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点，并根据所述网络坐标基准点确定网络坐标系；

第二处理单元，用于将目标客户端映射至所述网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，并保存所述坐标点和所述目标客户端的网络地址之间的映射关系；

第三处理单元，用于分别将所述网络坐标系中由目标客户端映射获得的坐标点聚合到多个质心，根据所述多个质心确定服务器的部署位置，所述质心用以表征多个目标客户端在网络坐标系中的中心位置。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元基于预设的多个探测节点确定网络坐标基准点时，获取各个探测节点的网络探测信息，所述网络探测信息用于表征探测节点对应的至少一条链路的工作状态，基于获得的各个探测节点的网络探测信息确定所述网络坐标基准点。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述网络探测信息至少包括网络延时信息和网络连通状态信息。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一单元基于获得的各个探测节点的网络探测信息确定所述网络坐标基准点时，根据获得的各个探测节点的网络探测信息包含的网络延时信息，基于最大分离准则、N-medians准则和N-cluster-medians准则中的一种或多种，确定所述网络坐标基准点。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元根据所述网络坐标基准点确定网络坐标系，具体为：

根据所述网络坐标基准点，采用上山算法或梯度搜索算法确定网络坐标系。

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二处理单元将目标客户端映射至所述网络坐标系中，每个目标客户端对应网络坐标系中的一个坐标点，具体为：

基于所述网络坐标基准点对所述目标客户端进行网络探测；

并接收各目标客户端返回的网络探测信息；

根据所述网络探测信息中包含的网络延时信息确定所述目标客户端在所述网络坐标系中的坐标。

15.如权利要求9-14任一项所述的装置，其特征在于，所述第三处理单元将网络坐标系中的坐标点聚合到多个质心，并根据所述多个质心确定服务器的部署位置，具体为：

基于网络坐系中的各坐标点坐标，以及所述多个质心的初始坐标，分别计算网络坐标系中的每一个坐标点到所述多个质心的距离；

分别将每一个坐标点聚合至与该坐标点距离最近的质心，并在每次聚合时，根据聚合于同一质心的坐标点的坐标，重新计算各质心的坐标，并基于重新计算的各质心的坐标，再次进行聚合并重新计算各质心的坐标，直至多次聚合后判断重新计算的各质心的坐标收敛时，根据重新计算的各质心的坐标，确定对应各质心的坐标设置的网络地址，并将所述网络地址确定为服务器的部署位置。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第三处理单元根据重新计算的所述任意一个质心的坐标，确定对应该坐标设置的网络地址，并将所述网络地址确定为服务器的部署位置，具体为：

根据用户要求将与质心距离最近的坐标点对应的网络地址确定为服务器的部署位置；

或者，

根据用户要求以质心为中心，在预设的范围内，选择部署成本最低的坐标点对应的网络地址确定为服务器的部署位置；或者，

根据用户要求将与质心距离次近但性价比最优的坐标点对应的网络地址确定为服务器的部署位置。

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