CN102694833B - 多播树建立方法及多播系统中的服务器和节点 - Google Patents

Abstract

本申请公开了多播树建立方法及多播系统中的服务器和节点。多播树以具有内容的源节点为根节点。节点通过以下步骤获得其父节点：获取具有所述内容的候选节点的节点信息，所述候选节点信息中至少包括所述节点经由候选节点到所述根节点的延迟；根据所述候选节点信息，选择候选节点作为父节点。

Description

多播树建立方法及多播系统中的服务器和节点

技术领域

本申请一般地涉及计算机网络领域，更为具体地，涉及P2P(点到点)网络中支持多方实时业务的多播树构造方法及相应多播系统中的服务器和节点。

背景技术

近年来Internet网络的飞速发展，使得大规模多方实时业务越来越流行，这种业务包括多方VoIP业务、视频会议、在线游戏等等。多播是支持这种多方实时业务最为经济的方法。IP多播是实现多播业务的最有效方式，但由于支持IP多播对路由器计算复杂度的要求很高且控制开销很大，目前IP多播业务的实际应用非常有限。在这种情况下，应用层多播就成为一种更好的选择。应用层多播在应用层中实现多播，从而不需要对IP路由器进行任何修改。当前，由于终端系统计算能力以及网络条件的改善，应用层多播已经变得切实可行。

参考文献1(Xiaohui Gu et al.，“peerTalk：A Peer-to-Peer Multi-PartyVoice-Over-IP System”，IEEE transactions on Parallel and DistributedSystems，April 2008)提出了一种称为peerTalk的点对点多方VoIP通话业务。它将多方VoIP业务分解成两个阶段：混合阶段和分发阶段。在混合阶段，混音器收集并混合来自各个通话终端的语音；在分发阶段，分发器将混合阶段得到的混音数据分发到各个通话终端去。该模型的优点是只需要构造一棵多播树，系统的拓扑比较简单，但是这种体系结构也导致某些通话终端的网络延迟变大。

图1是该文章提出的peerTalk系统的结构图。如图1所示，在混合树中连接了多个混音器M0-M1(统称为混音器“M”)用于处理来自通话终端a-h的“音频流”，且在分发树中连接了多个分发器D0-D1(统称为分发器“D”)用于将数据分发至各通话终端a-h。每一通话终端a-h(“节点”，peer)向混合树中的混音器M发送数据，并从分发树中的分发器D接收数据。混合树中的混音器M将来自不同节点的音频进行混合，得到的混合数据被发送至根混音器M0，并进一步转发至根分发器D0(在图1中，将M0和D0示出为同一实体)，然后分发器D将混合数据分发至各节点。

图2是该系统的一个运行实例图。如图2所示，例如从通话终端1去往通话终端2的数据首先需要发送到混音器M1，然后再发送至根混音器M0/根分发器D0，从根分发器D0返回分发器D1，最终再到达通话终端2。从图2可以看到，peerTalk会极大增加某些节点的延迟和网络流量。例如，当混音器M1和混音器M0之间的传输延迟很大或者网络距离很远时，网络延迟或网络流量的增加就会非常明显。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种应用层多播树的建立方法以及用于应用层多播系统的服务器和节点，以解决现有技术中的上述问题，特别是减小端到端延迟以及网络流量。

根据本发明的一个方面，提供了一种多播树的建立方法，该多播树以具有内容的源节点为根节点，节点通过以下步骤获得其父节点：获取具有所述内容的候选节点的候选节点信息，所述候选节点信息中至少包括所述节点经由候选节点到所述根节点的累积延迟；以及根据所述候选节点信息，选择候选节点作为父节点。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于应用层多播的服务器，包括内容处理装置和节点信息存储装置。所述内容处理装置用于接收来自具有内容的节点的内容注册请求，并将所述节点与其所具有的内容之间的映射关系保存在所述节点信息存储装置中。所述内容处理装置还用于响应来自节点的内容订阅请求，将所述节点信息存储装置中保存的与要订阅的内容相对应的节点的列表返回给所述节点。

根据本发明的再一方面，提供了一种用于应用层多播的节点，包括：候选节点信息请求单元，用于获取具有所需内容的候选节点的候选节点信息，所述候选节点信息中至少包括所述节点经由候选节点到所需内容的根节点的累积延迟；以及父节点选择单元，用于根据所述候选节点信息选择候选节点作为父节点。

根据本发明的实施例，在多播树建立过程中，考虑了端到端的累积延迟，从而可以保证多播组中各节点的网络延迟能够满足实时业务的要求，并且还可以均衡各个节点之间的负载。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据常规技术的peerTalk系统的结构图；

图2示出了根据常规技术的peerTalk的运行实例；

图3示出了根据本发明实施例的建立多播树的方法流程图；

图4示出了根据本发明的多播树的一个具体示例；

图5示出了根据本发明实施例可以用于应用层多播的节点的框图；以及

图6示出了根据本发明实施例的可以用于应用层多播的服务器的框图。

具体实施方式

以下，通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

发明人注意到，在常规的多播树建立方法中，并不单独考虑端到端的累积延迟，从而造成某些端到端的累积延迟较大，这对于实时业务而言是不可接受的。本发明的基本思想在于以内容的源节点为根构造一棵独立的多播树，在新节点加入该多播树时以端到端累积延迟为选择父节点的主要指标。其中，端到端累积延迟是累加的，也就是说，子节点在计算其累积延迟时，不仅考虑该节点到父节点之间的延迟，还需要累加源节点和父节点之间的延迟。

在本发明的以下描述中，采样如下定义：

-节点(peer)，即多播树中的每一个元素，具体地，参与多方实时业务的参与者；

-源节点/根节点(source peer/root peer)，即多播内容的源发布方，多播树中其他节点直接或间接地从源节点/根获得所述内容；

-父节点(parent peer)，即将内容转发至其他节点的节点，该节点是所述其他节点的“父节点”；以及

-子节点(child peer)，即父节点转发内容的目的方，该节点是所述父节点的“子节点”。

一个节点可以是某一或某些节点的“父节点”，同时又是某一或某些节点的“子节点”。

图3示出了根据本发明实施例的建立多播树的方法流程图。如图3所示，当某一节点P要加入该多播树即希望获取多播内容时，其首先在步骤S101获取具有所需内容的候选节点的候选节点信息。

优选地，在网络中可以设置一个服务器，该服务器可以维护各节点与其所具有的内容之间的映射关系。例如，节点可以向服务器发送内容注册请求，向服务器报告其所具有的内容。从而，服务器可以维护{节点，内容}的映射关系。当节点P需要订阅所需内容时，可以向服务器发送内容订阅请求。服务器根据其所维护的{节点，内容}映射关系，向该节点P返回具有所需内容的节点(称作“候选节点”)的列表。当节点P接收到列表之后，向列表中的各候选节点请求其信息。候选节点响应于该请求，向节点P返回候选节点信息。

当然，这只是对本发明实施例的实现方式的一个举例说明，而非对本发明的限定。在本发明实施例中，节点P可以通过多种方式获取具有所需内容的候选节点，例如，其他节点广播自己所具有的内容，以使节点P获取具有该内容的候选节点；或是，节点P向其他节点发送请求，以获知具有该内容的候选节点。本领域内技术人员可以理解还可以采用其他方式，在此不一一赘述。

在本发明中，以端到端累积延迟为选择父节点的主要指标。因此，节点P获得的候选节点的候选节点信息或者从候选节点返回的候选节点信息至少包括节点P经由该候选节点到根节点的累积延迟。在本发明实施例的一种实现方式中，候选节点可以返回其与根节点之间的端到端延迟以及其与节点P之间的端到端延迟，从而节点P经由该候选节点与根节点之间的端到端累积延迟等于候选节点与根节点之间的延迟加上候选节点与节点P之间的延迟。对于候选节点如何获知其与根节点之间的端到端延迟以及其与节点P之间的端到端延迟，现有技术中存在多种方法，在此不再赘述。

然后，在步骤S102，节点P根据所获取的候选节点的候选节点信息，从这些候选节点中选择一个或多个候选节点作为其父节点，从而加入到该多播树中。根据本发明的优选实施例，为保证实时业务服务质量，节点P选择获取的候选节点信息中累积延迟小于预定阈值的候选节点作为其父节点。这种预定阈值可以根据具体的实时业务需求来确定。在本发明的实施方式中，节点P可以选择一个候选节点作为其父节点。当然，在不考虑网络开销的情况下，该节点P也可以选择多个候选节点作为其父节点。

如果延迟小于预定阈值的候选节点多于一个，则可以任意选择其中一个候选节点作为父节点。优选地，为了均衡各个节点之间的负载，节点P所获得的候选节点的候选节点信息或者说候选节点返回的候选节点信息中还包括候选节点的负载信息。从而，节点P可以根据延迟和负载两个标准来选择其父节点。具体地，例如，节点P可以选择延迟小于预定阈值的候选节点中负载最少的候选节点作为其父节点。

这样，通过上述方法，节点P选择了其父节点。

为了与所选择的父节点建立连接，节点P可以向选择作为父节点的候选节点发送连接请求，以便确认是否能够与之建立连接。该候选节点根据自身的状态(例如，连接数目、网络条件等)，向节点P返回响应消息，该响应信息指示该候选节点是否能够接受节点P作为其子节点。如果响应消息指示能够接受P作为子节点，则在节点P与该候选节点之间建立连接。如果响应消息指示候选节点拒绝连接请求，则节点P同样根据候选节点信息，重新选择其他候选节点作为其父节点，并向该候选节点发送连接请求，直至成功建立连接。

这样，节点P就与所选择的父节点建立了连接，并因此从其父节点接收所需内容。另外，节点P可以保存其父节点的信息，以及所述父节点可以保存节点P的信息作为其子节点信息。

在一个优选实施例中，节点P在选择了父节点之后，将其自身关于所需内容的延迟设为父节点与根节点之间的延迟以及父节点与节点P之间的延迟之和。另外，在网络中设置了上述服务器的情况下，节点P可以向该服务器发送内容注册请求，以便在服务器中注册节点P与所需内容的映射关系。

图4示出了根据本发明的多播树的一个具体示例。图中，字母“P”表示节点，“D”表示延迟。节点P1是内容C的源节点，从而关于内容C的多播树以节点P1为根。在该示例中，设置了服务器来维护{节点，内容}的映射关系。但是需要指出的是，该服务器对于本发明的实现来说并非是必要的。该多播树最初只包括根节点P1一个节点。该节点P1向服务器发送内容注册请求，从而服务器维护{节点P1，内容C}的映射关系。

当节点P2希望订阅内容C时，即，节点P2希望加入该多播树时，其首先获得具有内容C的候选节点的候选节点信息。在图4所示的示例中，节点P2可以向服务器请求具有内容C的节点的列表。此时，具有内容C的节点仅是节点P1。因此，服务器返回的列表仅包括节点P1。节点P2接收到服务器返回的列表之后，向列表中的节点即节点P1请求其候选节点信息。节点P1向节点P2返回其候选节点信息，在此该候选节点信息至少包括节点P2到根节点P1的延迟D12，且优选地还包括节点P1的负载信息(当前没有负载)。

节点P2根据从节点P1返回的候选节点信息，选择P1作为其父节点，并将其关于内容C的延迟设为D12。另外，节点P2可以向服务器发送内容注册请求，从而服务器另外维护{节点P2，内容C}的映射关系。

此后，当节点P3希望订阅内容C时，即，节点P3希望加入该多播树时，其首先获得具有内容C的候选节点的候选结点信息。在图4所示的示例中，节点P3可以向服务器请求具有内容C的候选节点的列表。此时，具有内容C的节点包括节点P1、P2。因此，服务器返回的列表包括节点P1、节点P2。节点P3接收到服务器返回的列表之后，向列表中的节点即节点P1、P2请求其候选节点信息。节点P1向节点P3返回其候选节点信息，在此该候选节点信息至少包括节点P3到根节点P1的延迟D13，且优选地还包括节点P1的负载信息(当前具有1个连接)。节点P2向节点P3返回其候选节点信息，在此该候选节点信息至少包括节点P3经由该节点P2到根节点P1的延迟(图中示出为D12+D23)，且优选地还包括节点P2的负载信息(当前没有负载)。

节点P3根据从节点P1、P2返回的候选节点信息，选择父节点。在此，假设D12+D23、D13均小于预定阈值，则节点P3选择P2(因为其负载小于P1的负载)作为父节点，并将其关于内容C的延迟设为D12+D23。另外，节点P3可以向服务器发送内容注册请求，从而服务器另外维护{节点P3，内容C}的映射关系。

其他节点P4、P5可以类似地加入到该多播树中。

根据本发明的一个有利实施例，还提供了一种故障恢复机制。节点P可以将根节点、与根节点直接连接的直接子节点之中的一个或多个，作为其备份父节点。在此，所谓“直接子节点”是指网络中与根节点仅为1跳距离的子节点。例如，在图4所示的示例中，节点P2就是根节点P1的直接子节点。节点P可以获取根节点的直接子节点列表，并从得到的直接子节点列表中选择一个或多个节点作为其备份父节点。这种选择例如同样根据延迟标准来进行。当然，也可以同时或单独选择该根节点作为备份父节点。为了降低根节点的负载，可以将该根节点作为最后的备份父节点；当其他备份父节点都不可用时，才选择根节点作为备份父节点。例如，如果根节点的直接子节点列表中没有合适的节点可供选择，可以将根节点作为备份父节点。这样，当选择的父节点出现故障时，节点P就可以切换到备份父节点来接收内容。

优选地，父节点可以周期性的发送心跳信息给它所有的子节点。当某个子节点在一段时间内没有收到它的父节点的心跳信息时，则认为该父节点已经不可用并启动它的备用父节点进行数据的传输。

优选地，节点可以和它的备份父节点建立连接，但并不进行实际数据的传输。节点可以通过该连接接收备份父节点发送的心跳信息。如果在一段时间内没有接收到备份父节点的心跳信息，则认为该备份父节点已经不可用，并且可以重新选择一个备份父节点。其中，由于可以预先选择多个备份父节点，因此可以从多个备份父节点中选择其他可用的备份父节点。这种采用多个备份父节点的方式可以进一步的提高系统的容错率，防止由于父节点或一个备份父节点不可用造成的故障。

图5示出了根据本发明实施例可以用于应用层多播的节点的框图。如图5所示，根据该实施例的节点500包括候选节点信息请求单元501和父节点选择单元502。

当节点500希望订阅所需内容时，候选节点信息请求单元501用于获取具有所需内容的候选节点的候选节点信息。候选节点信息的内容与上述方法实施例中相同，例如包括延迟以及可选的负载信息等。候选节点信息请求单元501可以多种方式来获取候选节点信息。

在网络中设置了服务器的情况下，候选节点信息请求单元501可以首先向服务器发送内容订阅请求。服务器根据该内容订阅请求，返回与要订阅的内容相对应的候选节点的列表。候选节点信息请求单元50 1用于获得候选节点的候选节点信息或者用于获得从候选节点返回的候选节点信息。在本发明实施例的一个实现方式中，可以通过候选节点信息请求单元501向该列表中每一候选节点发送候选节点信息请求的方式，以获取这些候选节点的候选节点信息。

父节点选择单元502根据候选节点信息请求单元501所获取的候选节点信息，来选择父节点。选择父节点的标准与上述方法实施例中相同，例如根据延迟以及可选的负载标准来选择。

节点500还可以包括连接建立单元(未示出)，用于与所选择的父节点建立连接。具体地，连接建立单元可以向选择作为父节点的候选节点发送连接请求，以便确认是否能够与之建立连接。该候选节点根据自身的状态，向节点500返回响应消息，该响应信息指示该候选节点是否能够接受节点500作为其子节点。如果响应消息指示能够接受节点500作为子节点，则连接建立单元在节点500与该候选节点之间建立连接。如果响应消息指示候选节点拒绝连接请求，则节点500重新选择其他候选节点作为其父节点，并向该其他候选节点发送连接请求，直至成功建立连接。

节点500还可以包括内容注册单元(未示出)，用于在与父节点建立连接之后，向服务器发送内容注册请求，以便在服务器中注册节点500与内容之间的映射关系。

节点500还可以包括备份父节点选择单元(未示出)，用于从所述根节点及根节点的直连子节点中，选择一个或多个作为备份父节点。例如，可以获取根节点的直接子节点的列表，并从根节点及该列表中选择一个或多个作为备份父节点。备份父节点的选择与上述方法实施例中相同。从而，当父节点出现故障时，节点500可以切换至备份父节点来接收内容。

该节点500还可以包括存储装置503，例如用于存储处理过程中涉及的各种信息，例如候选节点列表、候选节点信息、父节点信息、直接子节点列表和/或备份父节点信息等。

图6示出了根据本发明实施例的可以用于应用层多播的服务器的框图。如图6所示，服务器600包括内容处理装置601和信息存储装置602。内容处理装置601用来处理来自节点的内容注册请求和内容订阅请求。当内容处理装置601接收到来自节点的内容注册请求时，将该节点与其所具有的内容之间的映射关系保存在节点信息存储装置602中。当内容处理装置601接收到来自节点的内容订阅请求时，将节点信息存储装置602中保存的与要订阅的内容相对应的节点的列表返回给请求的节点。

以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种多播树的建立方法，该多播树以具有内容的源节点为根节点，节点通过以下步骤获得其父节点：

获取具有所述内容的候选节点的候选节点信息，所述候选节点信息中至少包括所述节点经由候选节点到所述根节点的累积延迟；以及

根据所述候选节点信息，选择候选节点作为父节点，

其中，获取具有所述内容的候选节点的候选节点信息包括：

获取所述候选节点与所述根节点之间的延迟，以及所述节点与所述候选节点之间的延迟，并将其之和作为所述节点经由所述候选节点到所述根节点的累积延迟，

其中，根据所述候选节点信息选择父节点包括：选择所述累积延迟小于预定阈值的候选节点作为父节点，

当存在所述累积延迟小于预定阈值的多个候选节点时，选择所述多个候选节点中负载最少的候选节点作为父节点。

2.如权利要求1所述的方法，其中，候选节点向预设的服务器注册其具有的内容，且所述服务器维护候选节点与其内容之间的映射关系，以使节点能够从所述服务器获取具有所述内容的候选节点的列表。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述节点将所述根节点和/或与所述根节点直接连接的直接子节点作为备份父节点；以及

该方法还包括：

当确定父节点出现故障时，从所述备份父节点接收所述内容。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：

所述节点向所述选择的候选节点发送连接请求；

接收所述选择的候选节点的响应消息，

其中，如果所述响应消息为所述选择的候选节点拒绝连接请求，则根据所述候选信息，选择其他候选节点作为父节点，并向所述其他候选节点发送连接请求。

5.一种用于应用层多播的节点，包括：

候选节点信息请求单元，用于获取具有所需内容的候选节点的候选节点信息，所述候选节点信息中至少包括所述节点经由候选节点到所需内容的根节点的累积延迟；以及

父节点选择单元，用于根据所述候选节点信息选择候选节点作为父节点，

其中，所述候选节点信息请求单元获取所述候选节点与所述根节点之间的延迟，以及所述节点与所述候选节点之间的延迟，并将其之和作为所述节点经由所述候选节点到所述根节点的累积延迟，

其中，所述父节点选择单元选择所述累积延迟小于预定阈值的候选节点作为父节点，

当存在所述累积延迟小于预定阈值的多个候选节点时，选择所述多个候选节点中负载最少的候选节点作为父节点。

6.如权利要求5所述的节点，还包括：

内容注册单元，用于向预设的服务器注册其具有的内容，

其中，所述服务器维护节点与其内容之间的映射关系。

7.如权利要求5所述的节点，还包括：

备份父节点选择单元，用于将所述根节点和/或与所述根节点直接连接的直接子节点作为备份父节点，

其中，当确定父节点出现故障时，所述节点从所述备份父节点接收所述内容。

8.如权利要求5至7任一项所述的节点，还包括：

连接建立单元，用于向所述选择的候选节点发送连接请求，并接收所述选择的候选节点的响应消息，

其中，如果所述响应消息为所述选择的候选节点拒绝连接请求，则所述父节点选择单元选择其他候选节点作为父节点，并向所述其他候选节点发送连接请求。