CN102546381B - 一种选择ip网络数据传输路径的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种选择IP网络数据传输路径的方法，该方法基于IP网络中的可控节点具有数据转发和路由器功能，通过在可控节点中选择源节点与目的节点之间的转发节点来进行数据传输。首先网络中可控节点上线后，不断收集周边的其他可控节点信息，并将周边可控节点列为自己的邻居可控节点，添加到自己的邻居表中；根据邻居表将每个可控节点与该节点的邻居节点之间用加权有向边相连，可控节点根据自己与邻居节点之间的网络状况为有向边赋权值，并将权值对应地填入邻居表中；当传输数据时，根据权值计算从源节点到目的节点最短路径；找到最短路径后计算该路径上各条边的权值之和，如果权值之和小于等于阈值，则使用最短路径上的可控节点进行数据传输。

Description

一种选择IP网络数据传输路径的方法

技术领域

本发明涉及IP网络数据传输领域，特别设计一种选择IP网络数据传输路径的方法。

背景技术

数据传输是IP网络最基本的功能，随着需求不断增长，大规模文件下载、流媒体数据传输等大数据量业务在互联网中所占比重越来越大，对网络传输的稳定性、吞吐量提出更高要求。

目前，为了提高数据传输业务的稳定性、吞吐量等性能，可以建立多连接并行传输、采用源路由的方法指定单条路由路线、或使用多条路由路线进行并行传输。多连接并行传输的方法多用于TCP协议上的数据传输中，相当于增大了发送与接收缓冲区，但采用的多连接可能共用一条底层链路，进而拥有相同的性能瓶颈点，造成传输速率提升效果有限，且传输稳定性变差。在采用源路由指定单条路由路线的方法中，需要首先探测到一条链路状态较好的传输路径，然后指定使用该条线路进行数据传输。多路径并行传输的方法利用至少两条从源节点到目的节点之间的路径，将数据分块后从不同路径分别传输，到目的节点后再将数据组合恢复。而在现有网络环境中，网络拓扑难以获得，并且路由器、网桥等部件对源路由的支持程度不同，进而难以使用源路由的方法来指定路由路径。

在现有的数字电视、通信运营、CDN、P2P等系统中，在网络中通常已经部署或拥有了一定数量的、可以由运营商或使用者控制的节点，这种已经部署好的或已加入系统的节点的带宽条件及地理位置等信息基本是已知的，且这些节点的行为、功能是可控的。这种系统的节点之间在进行数据传输时，如何利用好这些已知的可控的节点，来改变数据传输的路径，进而获得更为稳定、快速、大吞吐量的数据传输，成为需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，为解决上述问题，提出一种选择IP网络数据传输路径的方法，充分利用数字电视、通信运营、CDN、P2P等系统中已经部署于IP网络中的可控节点，令这些节点进行数据转发，提供部分路由器功能，通过选择源节点与目的节点间转发的中间节点，达到控制数据传输路径，提高数据传输可靠性、稳定性与吞吐率的目的。

为实现上述发明目的，提出一种选择IP网络数据传输路径的方法，该方法基于IP网络中的可控节点具有数据转发和路由器功能，通过在可控节点中选择源节点与目的节点之间的中间转发节点来选择数据传输路径；具体步骤包括：

步骤1)：IP网络系统中可控节点上线后，不断收集自己周边的其他可控节点信息，并将周边可控节点列为自己的邻居可控节点，添加到自己的邻居表中；

步骤2)：根据所述的步骤1)获得的邻居表，将每个可控节点与该节点的邻居可控节点之间用加权有向边相连，可控节点根据自己与邻居可控节点之间的网络状况，为自己与每个邻居可控节点之间的有向边赋权值，并将有向边的权值对应地填入邻居表中；其中，有向边的权值代表该传输路径上的传输代价，无边连接的两点间代价无穷大；

步骤3)：当IP网络中的一个可控节点向另一可控节点传输数据时，根据所述的步骤2)获得的有向边的权值计算从源节点到目的节点的最短路径；

步骤4)：如果找到最短路径，则计算获得的最短路径上各条边的权值之和；否则，权值之和为无穷大；

步骤5)：如果权值之和小于等于阈值，则使用最短路径上的可控节点进行数据传输；否则，数据直接从源节点传输至目的节点；其中，阈值是根据网络的实际情况设定的。

所述的可控节点采用中心索引服务器搜索方法、Gossip、DHT或泛洪方法收集自己周边的其他可控节点信息。

所述的网络状况包括：两节点间的上下行带宽、传输延迟、丢包率、带宽抖动、地理位置信息和带宽占用费用。

所述的步骤3)中计算从源节点到目的节点的最短路径的方法包括：距离向量选路算法或其改进衍生算法、链路状态选路算法或其改进衍生算法、或弗洛伊德算法或其改进衍生算法。

本发明的优点在于，充分使用已部署于IP网络中的各个节点，将选择传输路径转化为选择转发数据的节点序列，通过选择带宽、稳定性、丢包率等指标均较好的可控节点进行数据的转发，来替代不可控的源节点到目的节点之间的IP层数据直接传输，进而实现从源节点到目的节点间的可靠快速数据传输。

附图说明

图1为本发明提出的选择IP网络数据传输路径的方法整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本发明提供一种IP网络中数据传输路径的选择方法，每个可控节点维护一定数量的邻居节点信息，当进行数据传输时，寻找一条从源节点到目的节点的数据转发路径，路径上的每个转发节点通过邻居节点表中选择来得到。以下“可控节点”与“节点”含义相同，均指代用数字电视、通信运营、CDN、P2P等系统中已经部署于IP网络中的可控的可进行数据转发、路由功能的节点。

为实现上述发明目的，本发明提供的一种IP网络中数据传输路径的选择方法，该方法包括如下步骤：

1)：IP网络中的可控节点上线后，不断收集自己周边的其他可控节点信息，将周边可控节点列为自己的邻居节点，添加入自己的邻居节点表中；

2)：节点根据自己与邻居节点之间的网络状况，为自己与每个邻居节点之间的有向边赋权值，有向边的权值表示自己与邻居之间的数据传输代价；

3)：在完成步骤1)、2)之后，IP网络中可控节点之间的关系便可以用一张有向图来表示，图中的节点代表IP网络中的可控节点，每个节点与自己的邻居节点之间用加权有向边相连，有向边的权值代表该传输路径上的传输代价，无边连接的两点间代价无穷大；

4)：当一个可控节点需要向网络中的另一可控节点传输数据时，从以上有向图中找出一条从源节点到目的地节点的最短路径，并计算该最短路径上各条边的权值之和Σ，若找不到这样一条最短路径，则认为Σ为无穷大；

5)：若步骤4)中得到的Σ值小于阈值th，则使用在有向图上找到的路径进行数据传输，利用该路径上的节点进行数据转发；否则直接使用IP网络进行源到目的节点的数据传输，不再使用节点转发数据。

其中，所述步骤1)中的可控节点上线后不断收集自己周边其他可控节点信息，可以通过中心索引服务器、Gossip、DHT、泛洪及其他方式进行；

其中，所述步骤2)中节点与邻居之间的一条有向边，方向为从节点自己指向邻居节点，用于表示从本节点到所指向的邻居节点的单向数据传输状况有向边的权值越大，进行数据传输的代价越大；

其中，所述步骤2)中的节点与邻居之间的网络状况包括两节点间的上下行带宽、传输延迟、丢包率、带宽抖动、地理位置信息、带宽使用费用等信息；

其中，所述步骤2)中的节点为自己与每个邻居节点间的有向边赋权值，本节点与一个邻居节点之间边的权值，是通过综合所述步骤2)中本节点收集到的与该邻居节点之间的各种网络信息计算得到的，且权值越小代表网络状况越好。

其中，所述步骤4)中的寻找从源节点到目的节点的最短路径，可以使用距离向量选路算法、链路状态选路算法、弗洛伊德算法、及改进衍生算法。

1、系统结构

如图1所示，图1为本发明提出的选择IP网络数据传输路径的方法整体结构图。系统中已部署有一定数量的可控节点A～H，每个节点上线后不断收集自己周边的其他可控节点信息，将周边可控节点列为自己的邻居节点，添加入自己的邻居节点表中。节点可以通过中心索引服务器、Gossip、DHT、泛洪等方式来得知自己周边有哪些节点可以作为自己的邻居节点。例如节点F拥有D、E、G三个邻居节点。

节点视自己与每个邻居节点间有一条有向边相连，这条有向边的方向为从节点自己指向邻居节点，用于表示从本节点到所指向的邻居节点的单向数据传输状况。节点根据自己与邻居节点之间的网络状况，如自己与邻居节点之间的传输带宽、传输延迟、丢包率、带宽抖动、流量费用等情况，为自己与每个邻居节点之间的有向边赋权值，权值越大表示网络状况越差、传输代价越大。

这样，整个网络可以表示为一张加权有向图，图中的节点代表网络中的节点，节点仅和自己的邻居节点之间用有向边相连，有向边的权值代表该边的起始端点节点到终端节点的数据传输代价。例如，在图1中，从节点F的邻居节点表可知：F到E的有向边[F,E]的权值为2。

2、数据传输路径选择

当一个节点需要向网络中的另一节点传输数据时，首先从已经形成的加权有向图中找出一条由本节点到目的节点的最短传输路径，并计算该最短路径上各条边的权值之和Σ，若找不到这样一条最短路径，则认为Σ为无穷大。如果Σ值小于阈值th，则使用该路径进行数据传输，利用该路径上的节点进行数据转发；否则直接使用IP网络进行源到目的节点的数据传输，不再使用节点转发数据。

图1中，设置阈值th＝15。节点A准备向节点H发送数据，首先从各个节点的邻居关系形成的加权有向图中找出一条从A到H的最短路径。此处最短路径是指该路径上的所有边的权值之和最小。寻找最短路径可以使用距离向量选路算法、链路状态选路算法及各种相关算法。在本例中，A寻找到一条由边[A,B]、[B,D]、[D,G]、[G,H]组成的传输路径，该路径的权值之和为2+1+3+1＝7，该权值小于阈值th，所以使用节点B、D、G进行数据转发，完成从A到H的数据传输，数据传输路径为A→B→D→G→H。

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 (4)

1.一种选择IP网络数据传输路径的方法，该方法基于IP网络中的可控节点具有数据转发和路由器功能，通过在可控节点中选择源节点与目的节点之间的中间转发节点来选择数据传输路径；具体步骤包括：

步骤1)：IP网络系统中可控节点上线后，不断收集自己周边的其他可控节点信息，并将周边可控节点列为自己的邻居可控节点，添加到自己的邻居表中；

步骤2)：根据所述的步骤1)获得的邻居表，将每个可控节点与该节点的邻居可控节点之间用加权有向边相连，可控节点根据自己与邻居可控节点之间的网络状况，为自己与每个邻居可控节点之间的有向边赋权值，并将有向边的权值对应地填入邻居表中；其中，有向边的权值代表该传输路径上的传输代价，无边连接的两点间代价无穷大；

步骤3)：当IP网络中的一个可控节点向另一个可控节点传输数据时，根据所述的步骤2)获得的有向边的权值计算从源节点到目的节点的最短路径；

步骤4)：如果找到最短路径，则计算获得的最短路径上各条边的权值之和；否则，权值之和为无穷大；

步骤5)：如果权值之和小于等于阈值，则使用最短路径上的可控节点进行数据传输；否则，数据直接从源节点传输至目的节点；其中，阈值是根据网络的实际情况设定的。

2.根据权利要求1所述的选择IP网络数据传输路径的方法，其特征在于，所述的可控节点采用中心索引服务器搜索方法、Gossip、DHT或泛洪方法收集自己周边的其他可控节点信息。

3.根据权利要求1所述的选择IP网络数据传输路径的方法，其特征在于，所述的网络状况包括：两节点间的上下行带宽、传输延迟、丢包率、带宽抖动、地理位置信息和带宽占用费用。

4.根据权利要求1所述的选择IP网络数据传输路径的方法，其特征在于，所述的步骤3)中计算从源节点到目的节点的最短路径的方法包括：距离向量选路算法或其改进衍生算法、链路状态选路算法或其改进衍生算法、或弗洛伊德算法或其改进衍生算法。