CN102790720B - Cdn-p2p网络的虚拟坐标系统构建及路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法，该方法中：跟踪器首先选择若干个CDN边缘服务器作为参考节点，根据作为参考节点的CDN边缘服务器相互间的时延信息，利用GNP虚拟坐标算法构建一个基础坐标系；随后各非参考节点CDN边缘服务器以及各peer节点利用所述GNP虚拟坐标算法加入已建立的虚拟坐标系中。本发明还提供一种CDN-P2P网络的路由方法，该方法中跟踪器根据网络中各节点的坐标，将客户端的资源服务请求重定向到离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上，随后该CDN边缘服务器将客户端的资源服务请求重定向到离客户端几何距离最近的服务节点上。上述路由方法可将CDN-P2P网络中的客户端请求准确的重定向到最优的服务节点上，实现简单、时延测量开销较小。

Description

CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建及路由方法

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法及基于该虚拟坐标的CDN-P2P路由方法。

背景技术

随着Internet用户的指数式增长和新兴业务(如流媒体)的出现，使用户对带宽的需求越来越大，这给骨干网络造成了极大的压力。为了解决该问题，提出了内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)和P2P，由于CDN具有高的可控性和稳定性，及P2P具有较好的可扩展性和低成本性，使得这两种技术被广泛的应用于实际的网络应用中。但是由于二者存在的固有缺点：CDN布置费用昂贵且扩展性差，P2P可控性和稳定性较差，导致二者都不能较好地满足用户的需求。但是二者在一定的程度上存在着互补性，故研究者最近提出了将CDN和P2P结合，即CDN-P2P，用此来构建一个可管理、高扩展性、高可靠的内容分发平台，来减少骨干网络的带宽负担，提升用户使用网络的满意度。

图1为现有的CDN-P2P网络架构示意图，该网络架构主要由4部分组成，包括：原始资源服务器1，跟踪器(Tracer)2，若干个CDN边缘服务器3和若干个对等端peer节点4。其中，原始资源服务器1和若干个CDN边缘服务器3之间可以直接的信息交互，跟踪器2可以和全部CDN边缘服务器3以及全部peer节点4之间进行直接的信息交互，每个CDN边缘服务器3可以和邻近peer节点4之间进行直接的信息交互。原始资源服务器1用于存储原始的数据资源信息并供CDN边缘服务器3下载。跟踪器2用于获取各CDN边缘服务器3的性能参数，并根据获取的CDN边缘服务器3的性能参数将客户端

(发起请求的peer节点)的请求重定向到离该客户端距离最近的CDN边缘服务器3上。每个CDN边缘服务器3获取并管理各peer节点4的性能参数和资源信息记录，并记录邻近的CDN边缘服务器3的缓存资源的信息；当客户端当前请求的资源在本地时，收到客户端请求的CDN边缘服务器3用于为客户端提供内容服务或根据各peer节点的性能参数，将客户端的资源服务请求重定向到离客户端距离最近的peer节点上；当客户端当前请求的资源不在本地时，CDN边缘服务器3用于根据所获取的与其邻近的CDN边缘服务器3的缓存资源的信息，将客户端的资源服务请求重定向到离客户端距离最近的其他CDN边缘服务器3上。各peer节点4用于为客户端提供服务或发起资源服务请求。

综上所述，目前CDN-P2P的路由方法主要是采用类似CDN的基于DNS集中式的重定向路由方法，在该路由方法中用于评价距离远近的性能参数是跟踪器2到CDN边缘服务器3和CDN边缘服务器3到peer节点4的网络性能参数，用这些参数来刻画客户端到服务节点之间的网络性能，显然是不准确的，因此采用该种路由策略会导致将客户端的资源服务请求重定向到性能较差的服务节点上，最终使得网络资源被浪费和用户使用网络体验变差。可见，在现有的CDN-P2P网络架构中，路由是一个亟待解决的问题，目前急需一种适合CDN-P2P网络架构的路由策略，能够更为准确地为当前请求服务的客户端寻找距离其最近的最优节点为其服务。

发明内容

本发明提供一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建及路由方法，用以解决现有的CDN-P2P的路由方法为当前请求服务的客户端重定向的服务节点不够最优的问题。本发明提供的基于虚拟坐标的CDN-P2P路由方法可将CDN-P2P系统中的客户端请求准确的重定向到最优的服务节点上，实现简单、时延测量开销较小。

本发明提供一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法，包括：跟踪器选择若干个CDN边缘服务器作为参考节点，并根据作为参考节点的CDN边缘服务器相互间的时延信息，利用全球网络定位GNP虚拟坐标算法构建一个基础坐标系；各非参考节点CDN边缘服务器根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标；各对等端peer节点根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器或已经具有坐标的peer节点的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标。

优选地，所述跟踪器选择若干个CDN边缘服务器作为参考节点，并根据作为参考节点的CDN边缘服务器相互间的时延信息，利用全球网络定位GNP虚拟坐标算法构建一个基础坐标系，具体包括：首先，所述跟踪器首先确定需要建立的基础坐标系的坐标维度D和参考节点的数目N，然后随机选择N个CDN-P2P网络中的CDN边缘服务器作为参考节点，并请求各作为参考节点的CDN边缘服务器测量自身到其他作为参考节点的CDN边缘服务器的时延信息，其中，D为大于等于2的正整数，N也为正整数且N＞D；其次，各作为参考节点的CDN边缘服务器将自身到其他作为参考节点的CDN边缘服务器的时延信息发送给所述跟踪器；再次，所述跟踪器根据收到的所有作为参考节点的CDN边缘服务器两两间的时延信息，采用所述GNP虚拟坐标算法计算所有作为参考节点的CDN边缘服务器的坐标，完成所述基础坐标系的构建；最后，所述跟踪器保存并向各作为参考节点的CDN边缘服务器发送全部作为参考节点的CDN边缘服务器的坐标，各作为参考节点的CDN边缘服务器保存收到的所有作为参考节点的CDN边缘服务器的坐标。

优选地，所述各非参考节点CDN边缘服务器根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标，具体包括以下步骤：各非参考节点CDN边缘服务器向所述跟踪器发送非参考节点CDN边缘服务器坐标建立请求；所述跟踪器根据收到的非参考节点CDN边缘服务器坐标建立请求判断所述基础坐标系是否已经建立？若否则返回失败信息，若是则随机选择N个已经具有坐标的CDN边缘服务器，将所选择的这N个已经具有坐标的CDN边缘服务器的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器；当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器根据收到的N个CDN边缘服务器的IP地址，分别测量自身到这N个已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息；所述当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器根据GNP虚拟坐标算法计算自身在已经建立的基础坐标系中的坐标，并将计算出的坐标保存后发送给所述跟踪器；所述跟踪器将收到的当前非参考节点CDN边缘服务器的坐标发送给其他所有已经具有坐标的CDN边缘服务器，同时将其他所有已经具有坐标的CDN边缘服务器的坐标发送给所述当前非参考节点CDN边缘服务器；最后各已经具有坐标的CDN边缘服务器保存收到的CDN边缘服务器坐标。

优选地，所述各对等端peer节点根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器或已经具有坐标的peer节点的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标，具体包括以下步骤：各peer节点向所述跟踪器发送peer节点坐标建立请求；所述跟踪器根据当前收到的peer节点坐标建立请求判断当前基础坐标系是否已经建立？若否则返回失败信息，若是则将当前收到的peer节点坐标建立请求重定向到任意一个已经具有坐标的CDN边缘服务器上；当前收到peer节点坐标建立请求的CDN边缘服务器随机选择N个已经具有坐标的网络节点，将这N个已经具有坐标的网络节点的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的peer节点；当前请求建立坐标的peer节点根据收到的N个已经具有坐标的网络节点的IP地址，分别测量自身到这N个已经具有坐标的网络节点的时延信息；所述当前请求建立坐标的peer节点根据GNP虚拟坐标算法计算自身在已经建立的基础坐标系中的坐标，并将计算出的坐标保存后发送给所述跟踪器；所述跟踪器将收到的当前peer节点的坐标转发给离当前peer节点几何距离最近的CDN边缘服务器，该CDN边缘服务器保存收到的当前peer节点的坐标。

优选地，所述已经具有坐标的网络节点包括：已经具有坐标的作为参考节点的CDN边缘服务器、已经具有坐标的非参考节点CDN边缘服务器和已经具有坐标的peer节点。

优选地，上述任一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法还包括，当预定更新时间到达时，采用所述CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法重新构建CDN-P2P网络的虚拟坐标系统。

本发明提供的一种CDN-P2P网络的路由方法，在该路由方法执行之前，预先采用前面所述的任一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法为当前CDN-P2P网络构建一个虚拟坐标系统；

所述CDN-P2P网络的路由方法包括以下步骤：

步骤1：客户端向跟踪器发送资源服务请求；

步骤2：所述跟踪器根据所述客户端在当前虚拟坐标系统中的坐标，将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上；

步骤3：当前收到客户端的资源服务请求的CDN边缘服务器根据所述客户端在当前虚拟坐标系统中的坐标，将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的服务节点；

步骤4：所述离客户端几何距离最近的服务节点根据所述客户端的资源服务请求为客户端提供相应资源服务；

步骤5：对所述客户端的服务结束后，更新为客户端提供服务的服务节点的状态信息。

优选地，步骤5中所述更新为客户端提供服务的服务节点的状态信息，包括：所述客户端以及向其提供服务的服务节点各自将自身的资源情况告知与自身几何距离最近的CDN边缘服务器；收到资源情况告知的CDN边缘服务器更新本地的资源信息表，所述提供服务的服务节点释放资源。

优选地，所述步骤2具体包括：所述跟踪器检查所述客户端的坐标是否为当前虚拟坐标系统中的坐标？若是则所述跟踪器根据所述客户端的坐标，将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上；否则，所述客户端计算自身坐标后重新向所述跟踪器发起资源服务请求，并返回执行此步骤。

优选地，所述服务节点包括当前CDN-P2P网络中具有所述客户端所请求的资源的CDN边缘服务器或peer节点，所述步骤3至步骤4具体包括：

S301：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器查询本地资源信息表，判断是否有所述客户端所请求的资源，若是则跳转到S302，否则跳转到S309；

S302：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器判断所述客户端请求的资源是否在peer节点上？若是则跳转到S305；否则继续执行S303；

S303：判断所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器的服务能力是否饱和，若是则跳转到S304，否则跳转到S312；

S304：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器更新本地资源信息表中自身的状态信息，并跳转到S301；

S305：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器根据自身所存储的在当前虚拟坐标系统中各节点的坐标信息，计算所述客户端到含有所述客户端请求的资源的各peer节点的几何距离，并将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离所述客户端几何距离最近的peer节点上，继续执行S306；

S306：判断当前收到客户端资源服务请求的peer节点的服务能力是否饱和或者该peer节点是否已经离开系统？若是则执行S308；否则执行S307；

S307：所述当前收到客户端资源服务请求的peer节点为所述客户端提供服务，并跳转到步骤5；

S308：CDN边缘服务器更新本地资源信息表中当前peer节点的状态信息，并返回执行S301；

S309：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器查询邻近CDN边缘服务器的资源信息表，判断是否有所述客户端所请求的资源？若是则执行S310，否则跳转到S311；

S310：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器将所述客户端的资源服务请求重定向到一个在当前虚拟坐标系统中与当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器邻近的、离客户端几何距离最近且有所述客户端所请求的资源的CDN边缘服务器上，并跳转到S302；

S311：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器在有空闲的缓存资源时从原始资源服务器下载所述客户端所请求的资源，并将该资源缓存在本地，随后跳转到S312。

S312：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器为客户端提供资源请求服务，并跳转到步骤5。

本发明的有益效果是：实现简单、时延测量开销较小，在测量复杂度为O(kn)条件下(其中k和n分别是参考节点的数目和网络节点的数目)，本发明提出的一种适合CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法能快速地构建起一个适合CDN-P2P网络架构的分布式虚拟坐标系统，该坐标系统具有很强的健壮性，并且可以有效地预测资源服务请求节点和服务提供节点之间的时延信息。基于该虚拟坐标系统，本发明提出的一种基于虚拟坐标的CDN-P2P路由方法可将CDN-P2P中的客户端请求准确的重定向到最优的服务节点上，以使其对客户端提供服务，达到降低网络带宽负担和提升用户使用网络的体验目的，为CDN-P2P的应用提供了强有力的技术支持。

附图说明

图1是现有的CDN-P2P网络架构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统的构建方法流程图；

图3是图2中S1的详细流程图；

图4是图2中S2的详细流程图；

图5是图2中S3的详细流程图；

图6是本发明实施例所提供的CDN-P2P网络的虚拟坐标系统的更新方法流程图；

图7是本发明实施例提供的一种CDN-P2P网络的路由方法流程图；

图8是本发明实施例提供的CDN-P2P网络的路由方法的详细流程图。

具体实施方式

为解决现有的CDN-P2P网络的路由问题，本发明实施例首先提供了一种适合CDN-P2P网络架构的虚拟坐标系统的构建方法，并提供了该虚拟坐标系统的更新方法，随后提出了基于虚拟坐标的CDN-P2P路由方法。以下结合附图，具体说明本发明实施例。

一、虚拟坐标系统的构建及更新

本发明为解决现有技术的问题，首先提供一种适合CDN-P2P网络架构(如图1所示网络架构)的虚拟坐标系统的构建方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1：跟踪器选择若干个网络中的CDN边缘服务器作为参考节点，并根据作为参考节点的CDN边缘服务器相互间的时延信息，利用全球网络定位(Global Network Positioning，GNP)虚拟坐标计算方法构建一个基础坐标系。其中，在该基础坐标系中，作为参考节点的各CDN边缘服务器的坐标已经确定。

S2：非参考节点CDN边缘服务器根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息，利用GNP算法获取自身在已建立的基础坐标系中的几何坐标。

S3：peer节点根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器或peer节点的时延信息，利用GNP算法获取自身在已建立的基础坐标系中的几何坐标。

通过图2所示流程后，便构建出了一个基于CDN-P2P网络架构的分布式虚拟坐标系统，该系统以网络嵌入理论为基础，将IP网络距离嵌入到欧氏测度空间，建立起网络节点与该空间点的映射关系，能够将CDN-P2P网络中任意两个节点间的时延测量任务转为空间内两点的测度距离计算任务，能有效、准确地预测请求服务的节点与服务节点之间的时延信息。

以下结合图3至图5对上述虚拟坐标系统构建方法中的各步骤进行详细说明。

图3所示为CDN-P2P网络中基础坐标系的建立示意图，即图2中步骤S1包含以下步骤：

步骤11：跟踪器2首先确定需要建立的基础坐标系的坐标维度D和参考节点的数目N，接着随机的选择网络中的N个CDN边缘服务器作为参考节点，并向各作为参考节点的CDN边缘服务器31发送测量自身到其余作为参考节点的CDN边缘服务器31的时延信息的测量请求；其中，D为大于等于2的正整数，N也为正整数且N＞D。如图3中所示：跟踪器2选择了4个(即N＝4)CDN边缘服务器作为参考节点，图中箭头①所示为跟踪器2向被一个作为参考节点的CDN边缘服务器31发送测量请求示意图。

步骤12：各作为参考节点的CDN边缘服务器31收到跟踪器2的时延测量请求后，通过直接测量的方式(如ping命令)测量自身到其余作为参考节点的CDN边缘服务器31的时延信息；如图3中的箭头②所示为一个作为参考节点的CDN边缘服务器31测量自身到其他3个作为参考节点的CDN边缘服务器31的时延信息的示意图。

步骤13：各作为参考节点的CDN边缘服务器31将测量到的自身到其他作为参考节点的CDN边缘服务器31的时延信息发送给跟踪器2，如图3中的箭头③所示。

步骤14：跟踪器2根据收到的所有作为参考节点的CDN边缘服务器31两两间的时延信息，采用GNP虚拟坐标算法计算所有作为参考节点的CDN边缘服务器31的坐标，完成基础坐标系的构建。作为参考节点的CDN边缘服务器31的坐标采用如下最小化公式计算：

$f_{\mathrm{obj}1}(C_{L_1},...,C_{L_N})=\underset{i,j\∈\{1,...,N\}|i>j}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ϵ}(d_{L_i{L}_j},{\tilde{d}}_{L_i{L}_j})---\left(1\right)$

公式(1)中，...，表示作为参考节点的CDN边缘服务器31的坐标，和分别表示参考节点L_i和L_j之间的几何距离(即在所述基础坐标系中L_i和L_j之间的几何距离)和测量距离(即步骤13中测量得到的参考节点L_i和L_j之间的时延信息)，ε(·)是测量误差函数，定义如下：

$\mathrm{\ϵ}(d_{H_i{H}_j},{\tilde{d}}_{H_i{H}_j})={\left(\frac{d_{H_i{H}_j}-{\tilde{d}}_{H_i{H}_j}}{d_{H_i{H}_j}}\right)}^2---\left(2\right)$

步骤15：跟踪器2保存并向各作为参考节点的CDN边缘服务器31发送全部作为参考节点的CDN边缘服务器31的坐标信息，各作为参考节点的CDN边缘服务器31保存收到的坐标信息。如图3中箭头④所示为跟踪器2向其中的一个参考节31点发送获取到的所有作为参考节点的CDN边缘服务器31的坐标信息的示意图。

图4所示为图3中非参考节点CDN边缘服务器32在已建立的基础坐标系中建立坐标的示意图，即图1中步骤S2包含以下步骤：

步骤21：非参考节点CDN边缘服务器32向跟踪器2发送非参考节点CDN边缘服务器坐标建立请求，如图4中箭头①所示。

步骤22：跟踪器2根据收到的非参考节点CDN边缘服务器坐标建立请求判断当前基础坐标系是否已经建立？若否则返回失败信息；若是则随机选择N个已经具有坐标的CDN边缘服务器(包括已经具有坐标的作为参考节点的CDN边缘服务器31和已经具有坐标的非参考节点CDN边缘服务器32)，将这N个已经具有坐标的CDN边缘服务器的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器32。如图4中箭头②所示为跟踪器2将4个已经具有坐标的CDN边缘服务器32的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器32的示意图。

步骤23：当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器32根据收到的N个CDN边缘服务器的IP地址，分别测量自身到跟踪器2所提供的N个已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息。如图4中箭头③所示为当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器测量自身到4个已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息的信息流示意。

步骤24：当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器32根据GNP虚拟坐标算法计算自身在已经建立的基础坐标系中的坐标，并将计算出的坐标保存后发送给跟踪器2，如图4中箭头④所示。此步骤中，非参考节点CDN边缘服务器32的坐标采用如下最小化公式计算：

$f_{\mathrm{obj}2}\left(C_S\right)=\underset{i\∈\{1,...,N\}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ϵ}(d_{{\mathrm{SS}}_i},{\tilde{d}}_{{\mathrm{SS}}_i})---\left(3\right)$

其中，和分别表示当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器S到已经具有坐标的CDN边缘服务器S_i之间的几何距离和测量距离。

步骤25：跟踪器2将当前收到的非参考节点CDN边缘服务器32的坐标发送给所有已经具有坐标的CDN边缘服务器(其中包括参考节点)，同时将其他所有已经具有坐标的CDN边缘服务器的坐标发送给当前非参考节点CDN边缘服务器32；各已经具有坐标的CDN边缘服务器保存收到的坐标信息。

图5所示为还未加入前面所建立的基础坐标系的peer节点在已建立的基础坐标系中建立坐标的示意图，即图2中步骤S3包含以下步骤：

步骤31：peer节点41向跟踪器2发送peer节点坐标建立请求，如图5中箭头①所示。

步骤32：跟踪器2根据收到的peer节点坐标建立请求判断当前基础坐标系是否已经建立？若否则返回失败信息；若是则如图5中箭头②所示将该peer节点坐标建立请求重定向到任意一个具有坐标的CDN边缘服务器上。

步骤33：当前收到peer节点坐标建立请求的CDN边缘服务器随机选择N个已经具有坐标的网络节点，将这N个已经具有坐标的网络节点的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的peer节点41。其中，具有坐标的网络节点包括：已经具有坐标的作为参考节点的CDN边缘服务器31、已经具有坐标的非参考节点CDN边缘服务器32和已经具有坐标的peer节点42。如图5中箭头③所示为当前收到peer节点坐标建立请求的CDN边缘服务器将4个已经具有坐标的网络节点(包括2个已经具有坐标的作为参考节点的CDN边缘服务器31、1个已经具有坐标的非参考节点CDN边缘服务器32和1个已经具有坐标的peer节点42)的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的peer节点41的示意图。值得说明的是，此处为了方便区分将已经具有坐标的peer节点和还未具有坐标的peer节点采用不同的附图标记，即：当还未具有坐标的peer节点41的坐标建立好后，该peer节点41变为已经具有坐标的peer节点42。

步骤34：当前请求建立坐标的peer节点41根据收到的已经具有坐标的网络节点的IP地址，分别测量自身到这N个已经具有坐标的网络节点的时延信息。如图5中箭头④所示。

步骤35：当前请求建立坐标的peer节点41根据GNP虚拟坐标算法计算自身在已经建立的基础坐标系中的坐标，并将计算出的坐标保存后发送给跟踪器2，如图5中箭头⑤所示。此步骤中，peer节点41的坐标采用如下最小化公式计算：

$f_{\mathrm{obj}3}\left(C_P\right)=\underset{i\∈\{1,...,N\}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ϵ}(d_{{\mathrm{PH}}_i},{\tilde{d}}_{{\mathrm{PH}}_i})---\left(4\right)$

公式(4)中，和分别表示当前请求建立坐标的peer节点P到已经具有坐标的网络节点H_i之间的几何距离和测量距离。

步骤36：跟踪器2将当前收到的peer节点的坐标转发给离该peer节点几何距离最近的CDN边缘服务器，该CDN边缘服务器保存收到的该peer节点的坐标。如图5中箭头⑥所示，跟踪器2根据当前peer节点在已经建立的基础坐标系中的几何位置，将当前peer节点的坐标发给离该peer节点几何距离最近的CDN边缘服务器。

当网络中的所有节点(包括CDN边缘服务器和peer节点)在上述基础坐标系中的坐标都已确定时，本发明所需的CDN-P2P网络的虚拟坐标系统即构建完成。事实上，由于网络性能是在时时变化的，故节点的坐标也需要执行及时的更新操作。

图6所示为本发明实施例所提供的CDN-P2P网络的虚拟坐标系统的更新方法流程图，具体包括以下步骤：

S61：当预定的坐标更新时间到达，跟踪器设置虚拟坐标系统的参数。其中，预定的坐标更新时间可以是预先在跟踪器内设置的坐标更新时间，所述虚拟坐标系统的参数包括需要建立的基础坐标系的坐标维度D、参考节点的数目N和作为参考节点的CDN边缘服务器。

S62：更新基础坐标系统，即执行前面所述建立基础坐标系统的步骤S1，建立一个新的基础坐标系。

S63：根据前面步骤S2的方法将非参考节点CDN边缘服务器加入上一步骤中建立的新的基础坐标系中。

S64：各CDN边缘服务器通知本地的peer节点更新坐标。

S65：各peer节点收到CDN边缘服务器发来的更新坐标通知后，根据前面步骤S3所述方法加入S62中建立的新的基础坐标系中，坐标更新完毕，结束流程。

可见，上述CDN-P2P网络的虚拟坐标系统的更新过程即为：在预定的更新时间到达时，采用上述CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法为当前CDN-P2P网络重新构建一个新的虚拟坐标系统。

二、基于虚拟坐标的CDN-P2P路由方法

在上述CDN-P2P网络的虚拟坐标系统已建立的基础上，本发明实施例提供一种基于该虚拟坐标的CDN-P2P路由方法，该方法中，跟踪器首先将客户端(CDN-P2P网络中当前请求资源服务的peer节点)的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上，然后当前收到客户端的资源服务请求的CDN边缘服务器再将客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的peer节点上，以下对该路由方法进行详细说明。

图7所示为本发明实施例提供的一种CDN-P2P网络的路由方法流程图，该方法包括：

S71：客户端向跟踪器发送资源服务请求。

S72：跟踪器根据客户端在当前虚拟坐标系统中的坐标，将客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上。

S73：当前收到客户端的资源服务请求的CDN边缘服务器根据客户端在当前虚拟坐标系统中的坐标，将客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的服务节点。此处所述服务节点为当前CDN-P2P网络中具有客户端所请求的资源的CDN边缘服务器或peer节点。

S74：所述离客户端几何距离最近的服务节点根据客户端的资源服务请求为客户端提供相应资源服务。

S75：对客户端的服务结束后，更新为客户端提供服务的服务节点的状态信息。具体地，客户端以及向其提供服务的服务节点各自将自身的资源情况告知与自身几何距离最近的CDN边缘服务器，继而CDN边缘服务器更新本地的资源信息表，同时提供服务的服务节点释放资源。

图8为图7所示基于虚拟坐标的CDN-P2P路由方法的详细流程图，由图8可见，图7中的S72进一步包括以下步骤：

S802：跟踪器检查客户端的坐标是否为当前虚拟坐标系统中的坐标？若是则执行S804，否则执行S803。此步骤中，跟踪器检查客户端的坐标是否为当前虚拟坐标系统中的坐标的方法为：查看客户端的坐标建立时间，如果客户端地坐标建立时间在建立基础坐标系之后，则为当前虚拟坐标系统中的坐标，否则不是当前虚拟坐标系统中的坐标。

S803：客户端计算自身坐标，并重新向跟踪器发起资源服务请求，跳转到S802。客户端计算自身坐标的过程如图6所示。

S804：跟踪器将客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上。此步骤中，跟踪器根据客户端在当前虚拟坐标系统中的坐标计算客户端到各CDN边缘服务器的几何距离，最后将客户端的资源服务请求重定向到与其几何距离最近的CDN边缘服务器上。

此外，由图8可见，图7中的S73-S74进一步包括以下步骤：

S805：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器查询本地资源信息表，判断是否有客户端所请求的资源，若是则跳转到S806，否则跳转到S813。

S806：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器判断客户端请求的资源是否在peer节点上？若是则跳转到S809；若否，则证明客户端请求的资源存在于CDN边缘服务器上，继续执行S807。

S807：判断当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器的服务能力是否饱和，是则跳转到S808，否则跳转到S816。

S808：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器更新本地资源信息表中自身的状态信息，并跳转到S805。即当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器将本地资源信息表中自身的状态更新为：不提供用户所请求的资源。

S809：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器根据自身所存储的在当前虚拟坐标系统中各节点的坐标信息，计算客户端到含有资源的各peer节点的几何距离，并将客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离其几何距离最近的peer节点上，继续执行S810。

S810：判断当前收到客户端资源服务请求的peer节点的服务能力是否饱和或者该peer节点是否已经离开系统？若是则执行S812；否则执行S811。

S811：当前收到客户端资源服务请求的peer节点为客户端提供服务，并跳转到S75。

S812：CDN边缘服务器更新本地资源信息表中当前peer节点的状态信息，并返回执行S805。更新当前收到客户端资源服务请求的peer节点的状态信息即：离当前peer节点几何距离最近的CDN边缘服务器将本地资源信息表中该peer节点的状态设置为：无用户请求的资源。

S813：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器查询邻近CDN边缘服务器的资源信息表，判断是否有客户端所请求的资源？若是则执行S814，否则跳转到S815。其中，邻近CDN边缘服务器的资源信息表的获取方法为：各CDN边缘服务器根据自身所存储的在当前虚拟坐标系统中各节点的坐标信息，选择离自己几何距离较近的CDN边缘服务器并向其定期发送获取资源信息表的请求，然后这些邻近的CDN边缘服务器根据收到的获取资源信息表的请求将本地的资源信息表发送给发送请求的CDN边缘服务器。

S814：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器将客户端的资源服务请求重定向到一个在当前虚拟坐标系统中与其邻近的、离客户端几何距离最近且有客户端所请求的资源的CDN边缘服务器上，并跳转到S806；

S815：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器在有空闲的缓存资源时从原始资源服务器下载客户端所请求的资源，并将该资源缓存在本地，并跳转到S816。

S816：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器为客户端提供资源请求服务，并跳转到S75。

显然，上述步骤S805-S816中，图7中的S74在具体实施时主要包括S811和S816两种情况。

本发明实施例提供的一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法实现简单、时延测量开销较小，在测量复杂度为O(kn)条件下(其中k和n分别是参考节点的数目和网络节点的数目)，能快速地构建起一个适合CDN-P2P网络架构的分布式虚拟坐标系统，该坐标系统具有很强的健壮性，并且可以有效地预测资源服务请求节点和服务提供节点之间的时延信息。基于该虚拟坐标系统，本发明实施例提供的一种基于虚拟坐标的CDN-P2P路由方法可将CDN-P2P中的客户端请求准确的重定向到最优的服务节点上，以使其对客户端提供服务，达到降低网络带宽负担和提升用户使用网络的体验目的。

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 (8)

1.一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法，其特征在于，包括：

跟踪器选择若干个CDN边缘服务器作为参考节点，并根据作为参考节点的CDN边缘服务器相互间的时延信息，利用全球网络定位GNP虚拟坐标算法构建一个基础坐标系；

各非参考节点CDN边缘服务器根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标；

各对等端peer节点根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器或已经具有坐标的peer节点的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标，

其中，所述各对等端peer节点根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器或已经具有坐标的peer节点的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标，具体包括以下步骤：

各peer节点向所述跟踪器发送peer节点坐标建立请求；

所述跟踪器根据当前收到的peer节点坐标建立请求判断当前基础坐标系是否已经建立？若否则返回失败信息，若是则将当前收到的peer节点坐标建立请求重定向到任意一个已经具有坐标的CDN边缘服务器上；

当前收到peer节点坐标建立请求的CDN边缘服务器随机选择N个已经具有坐标的网络节点，将这N个已经具有坐标的网络节点的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的peer节点；

当前请求建立坐标的peer节点根据收到的N个已经具有坐标的网络节点 的IP地址，分别测量自身到这N个已经具有坐标的网络节点的时延信息；

所述当前请求建立坐标的peer节点根据GNP虚拟坐标算法计算自身在已经建立的基础坐标系中的坐标，并将计算出的坐标保存后发送给所述跟踪器；

所述跟踪器将收到的当前peer节点的坐标转发给离当前peer节点几何距离最近的CDN边缘服务器，该CDN边缘服务器保存收到的当前peer节点的坐标，

其中，所述已经具有坐标的网络节点包括：已经具有坐标的作为参考节点的CDN边缘服务器、已经具有坐标的非参考节点CDN边缘服务器和已经具有坐标的peer节点。

2.如权利要求1所述的一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法，其特征在于，所述跟踪器选择若干个CDN边缘服务器作为参考节点，并根据作为参考节点的CDN边缘服务器相互间的时延信息，利用全球网络定位GNP虚拟坐标算法构建一个基础坐标系，具体包括：

所述跟踪器首先确定需要建立的基础坐标系的坐标维度D和参考节点的数目N，然后随机选择N个CDN-P2P网络中的CDN边缘服务器作为参考节点，并请求各作为参考节点的CDN边缘服务器测量自身到其他作为参考节点的CDN边缘服务器的时延信息；其中，D为大于等于2的正整数，N也为正整数且N>D；

各作为参考节点的CDN边缘服务器将自身到其他作为参考节点的CDN边缘服务器的时延信息发送给所述跟踪器；

所述跟踪器根据收到的所有作为参考节点的CDN边缘服务器两两间的时延信息，采用所述GNP虚拟坐标算法计算所有作为参考节点的CDN边缘服 务器的坐标，完成所述基础坐标系的构建；

所述跟踪器保存并向各作为参考节点的CDN边缘服务器发送全部作为参考节点的CDN边缘服务器的坐标，各作为参考节点的CDN边缘服务器保存收到的所有作为参考节点的CDN边缘服务器的坐标。

3.如权利要求1所述的一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法，其特征在于，所述各非参考节点CDN边缘服务器根据自身到已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息，利用所述GNP虚拟坐标算法获取自身在已建立的所述基础坐标系中的几何坐标，具体包括以下步骤：

各非参考节点CDN边缘服务器向所述跟踪器发送非参考节点CDN边缘服务器坐标建立请求；

所述跟踪器根据收到的非参考节点CDN边缘服务器坐标建立请求判断所述基础坐标系是否已经建立？若否则返回失败信息，若是则随机选择N个已经具有坐标的CDN边缘服务器，将所选择的这N个已经具有坐标的CDN边缘服务器的IP地址及坐标发送给当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器；

当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器根据收到的N个CDN边缘服务器的IP地址，分别测量自身到这N个已经具有坐标的CDN边缘服务器的时延信息；

所述当前请求建立坐标的非参考节点CDN边缘服务器根据GNP虚拟坐标算法计算自身在已经建立的基础坐标系中的坐标，并将计算出的坐标保存后发送给所述跟踪器；

所述跟踪器将收到的当前非参考节点CDN边缘服务器的坐标发送给其他 所有已经具有坐标的CDN边缘服务器，同时将其他所有已经具有坐标的CDN边缘服务器的坐标发送给所述当前非参考节点CDN边缘服务器；最后各已经具有坐标的CDN边缘服务器保存收到的CDN边缘服务器坐标。

4.如权利要求1至3任一项所述的一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法，其特征在于，当预定更新时间到达时，采用所述CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法重新构建CDN-P2P网络的虚拟坐标系统。

5.一种CDN-P2P网络的路由方法，其特征在于，在开始路由之前，预先采用权利要求4所述的一种CDN-P2P网络的虚拟坐标系统构建方法为当前CDN-P2P网络构建一个虚拟坐标系统；

所述CDN-P2P网络的路由方法包括以下步骤：

步骤1：客户端向跟踪器发送资源服务请求；

步骤2：所述跟踪器根据所述客户端在当前虚拟坐标系统中的坐标，将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上；

步骤3：当前收到客户端的资源服务请求的CDN边缘服务器根据所述客户端在当前虚拟坐标系统中的坐标，将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的服务节点；

步骤4：所述离客户端几何距离最近的服务节点根据所述客户端的资源服务请求为客户端提供相应资源服务；

步骤5：对所述客户端的服务结束后，更新为客户端提供服务的服务节点的状态信息。

6.如权利要求5所述的一种CDN-P2P网络的路由方法，其特征在于， 步骤5中所述更新为客户端提供服务的服务节点的状态信息，包括：

所述客户端以及向其提供服务的服务节点各自将自身的资源情况告知与自身几何距离最近的CDN边缘服务器；

收到资源情况告知的CDN边缘服务器更新本地的资源信息表，所述提供服务的服务节点释放资源。

7.如权利要求6所述的一种CDN-P2P网络的路由方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

所述跟踪器检查所述客户端的坐标是否为当前虚拟坐标系统中的坐标？若是则所述跟踪器根据所述客户端的坐标，将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离客户端几何距离最近的CDN边缘服务器上；否则，所述客户端计算自身坐标后重新向所述跟踪器发起资源服务请求，并返回执行此步骤。

8.如权利要求7所述的一种CDN-P2P网络的路由方法，其特征在于，所述服务节点包括当前CDN-P2P网络中具有所述客户端所请求的资源的CDN边缘服务器或peer节点，所述步骤3至步骤4具体包括：

S301：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器查询本地资源信息表，判断是否有所述客户端所请求的资源，若是则跳转到S302，否则跳转到S309；

S302：当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器判断所述客户端请求的资源是否在peer节点上？若是则跳转到S305；否则继续执行S303；

S303：判断所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器的服务能力是否饱和，若是则跳转到S304，否则跳转到S312；

S304：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器更新本地资源信息表中自身的状态信息，并跳转到S301；

S305：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器根据自身所存储的在当前虚拟坐标系统中各节点的坐标信息，计算所述客户端到含有所述客户端请求的资源的各peer节点的几何距离，并将所述客户端的资源服务请求重定向到在当前虚拟坐标系统中离所述客户端几何距离最近的peer节点上，继续执行S306；

S306：判断当前收到客户端资源服务请求的peer节点的服务能力是否饱和或者该peer节点是否已经离开系统？若是则执行S308；否则执行S307；

S307：所述当前收到客户端资源服务请求的peer节点为所述客户端提供服务，并跳转到步骤5；

S308：CDN边缘服务器更新本地资源信息表中当前peer节点的状态信息，并返回执行S301；

S309：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器查询邻近CDN边缘服务器的资源信息表，判断是否有所述客户端所请求的资源？若是则执行S310，否则跳转到S311；

S310：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器将所述客户端的资源服务请求重定向到一个在当前虚拟坐标系统中与当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器邻近的、离客户端几何距离最近且有所述客户端所请求的资源的CDN边缘服务器上，并跳转到S302；

S311：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器在有空闲的缓存资源时从原始资源服务器下载所述客户端所请求的资源，并将该资源缓 存在本地，随后跳转到S312；

S312：所述当前收到客户端资源服务请求的CDN边缘服务器为客户端提供资源请求服务，并跳转到步骤5。