CN103686946A

CN103686946A - 一种异构无线网络中移动p2p节点的选择方法及系统

Info

Publication number: CN103686946A
Application number: CN201210348032.1A
Authority: CN
Inventors: 任首首; 刘银龙; 周旭; 唐晖; 慈松
Original assignee: Institute of Acoustics CAS
Current assignee: Institute of Acoustics CAS
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN103686946B

Abstract

本发明提供了一种异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，所述的方法包含：步骤101）用于当位于若干无线网络坏境中的某移动节点发出业务请求时，依据所请求业务的类型从覆盖该节点的所有无线网络中进行网络选择的步骤；步骤102）用于进一步从所选择的无线网络中为业务请求节点选择服务能力最好的节点作为为其提供服务的P2P节点的步骤；其中，所述的节点的服务能力包含：节点能够提供的上行带宽信息、存储能力及时间。所述步骤101）之前还包含如下步骤：采用网络监测策略收集覆盖各区域的所有无线网络的状态信息及位于各无线网络中所有节点的服务能力参数信息。本发明在保证用户业务体验的基础上，实现对网络资源合理的分配，大大提高网络资源利用率。

Description

一种异构无线网络中移动P2P节点的选择方法及系统

技术领域

本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种异构无线网络中移动P2P节点的选择方法及系统。

背景技术

随着全球信息化技术的快速发展和移动通信、互联网的广泛普及，P2P技术已经越来越受到人们的青睐和广泛的应用。它打破过去传统“客户/服务器”模式，任何两个网络节点之间都可以共享文件传递消息，不再有客户端服务器之分。从1999年风行一时的音乐共享软件Napster，到2001年结构化P2P网络Chord\CAN\Pastry的出现，再到现如今一些人们耳熟能详的网络软件，BitTorrent、Skype、eMule、Anysee、pplive等等，P2P网络从产生到现在的短短几年时间里，已经在应用领域和学术界获得了广泛重视和成功，并占据了Internet超过一半的带宽资源。

在P2P技术中，节点选择一直都是一个很重要的问题。一个好的节点既可以减小无效流量，降低全网通信开销，也可以为了网络负荷更加均匀，提高流媒体广播服务质量等。

随着无线网络技术的发展和无线网络的普及，P2P技术开始广泛应用于无线网络中。相对于有线网络，无线网络环境有着更大的灵活性和不稳定性。无论是无线网络的多样性（包括UMTS、WLAN、WMN、Wi-Max），还是节点的性能差异及移动性，均给节点选择带来了更大的难度，移动P2P节点选择已经成为当前通信领域研究的热门问题之一。针对这个问题，国内外的很多学者提出了大量的无线网络环境下P2P节点选择算法。然而这些算法绝大多数都是基于同构无线网络提出的，其适用性明显不能满足当前多种异构无线网络重叠覆盖下的节点选择需求。因此，异构无线网络环境下的移动P2P节点选择已成为移动P2P网络中一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决在异构无线网络环境下移动P2P的节点选择问题。实现了在异构无线网络环境中的P2P节点选择，保证在异构的无线网络环境下，能够根据需求选择出最优的P2P节点。

为实现上述目的，本发明提供了一种异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，所述的方法包含：

步骤101）用于当位于若干无线网络坏境中的某移动节点发出业务请求时，依据所请求业务的类型从覆盖该节点的所有无线网络中进行网络选择的步骤；

步骤102）用于进一步从所选择的无线网络中为业务请求节点选择服务能力最好的节点作为为其提供服务的P2P节点的步骤；

其中，所述的节点的服务能力包含：节点能够提供的上行带宽信息、存储能力及时间。

上述技术方案中，所述步骤101）之前还包含如下步骤：

采用网络监测策略收集覆盖各区域的所有无线网络的状态信息及位于各无线网络中所有节点的服务能力参数信息。

上述技术方案中，所述步骤101）进一步包含：

步骤101-1）节点发起数据请求；

步骤101-2）根据业务类型和要求列出影响该业务质量的所有因素，并依据各因素选取网络选择评价函数和节点选择评价函数；

步骤101-3）更新发起业务请求节点所在的当前区域的各无线网络和节点信息；

步骤101-4）分别计算更新后的每个无线网络的网络选择评价函数值；

步骤101-5）选择网络选择评价函数值最优的网络为业务请求节点进行服务，并记录该网络的ID号为Net.No。

上述技术方案中，所述步骤102）进一步包含：

步骤102-1）依据节点选择评价函数计算步骤101-5）所选择的网络包含的所有节点的评价函数值；

步骤102-2）选择评价函数值最优的节点作为为请求节点提供服务的P2P节点，并记录该P2P节点的ID号为Node.No；

步骤102-3）向服务器返回向量V(Net.no，Node.no)，并根据该向量和目标节点建立连接；

步骤102-4）重复上述步骤101-3）至102-3）至所选择的P2P节点的个数满足请求节点的需求为止。

上述技术方案中，步骤101）所述的网络选择根据层次分析法、灰色理论或博弈论构建网络选择评价函数，依据如下函数进行网络选择：

F_n＝f(R，B_base，B_peer...，U)

其中，R表示网络覆盖半径，B_peer表示已经被节点占用的带宽，B_base表示当前网络的总带宽，U表示网络的带宽利用率，所述的省略号表示用户所关心因素，这些因素和评价函数的形式应根据具体的服务类型和用户要求进行选择；

步骤102）所述的节点根据层次分析法、灰色理论或博弈论构建节点选择评价函数，依据如下函数进行节点选择：

F_p＝f(V，B_up，T_on...，S)

其中，V表示节点的移动速度，B_up表示节点的最大上传能力，T_on表示节点的在线时间，S表示节点的存储能力；所述的省略号表示用户所关心的一系列因素，这些因素和评价函数根据具体的服务类型和用户要求进行选择。

上述技术方案中，当请求的业务类型为文件共享和单纯的数据传输类型时，所述网络选择评价函数为：

F_{n} = \frac{B_{peer}}{B_{base}}

所述节点选择评价函数为：

F_p＝B_up

上述技术方案中，当请求的业务类型为流媒体类型时，所述网络选择评价函数为：

F_{n} = \frac{R_{i}}{V (Net . no, Node . no)}

所述节点选择评价函数为：

F_p＝B_up

其中，R_i表示网络半径，V(Net.no，Node.no)表示节点的移动速度，B_up表示当前节点的最大上传带宽，Net.No表示无线网络的编号，Node.No表示无线网络中各节点的编号。

基于上述方法本发明提供了一种异构无线网络中移动P2P节点的选择系统，所述的系统包含：

网络选择模块，用于当位于若干无线网络坏境中的某移动节点发出业务请求时，依据所请求业务的类型从覆盖该节点的所有无线网络中进行网络选择；

P2P节点选择模块，用于进一步从所述网络选择模块所选择的无线网络中为业务请求节点选择服务能力最好的节点作为为其提供服务的P2P节点；和

结果返回及建链模块，用于向服务器返回网络选择模块和P2P节点选择模块选择的网络和节点，该服务器依据返回结果为业务请求节点和所选择的P2P节点建立连接；

其中，所述的节点的服务能力包含节点能够提供的上行带宽信息。

上述技术方案中，所述系统还包含：

信息采集模块，用于采用网络监测策略收集覆盖各区域的所有无线网络的状态信息及位于各无线网络中所有节点的服务能力参数信息。

上述技术方案中，所述网络选择模块根据层次分析法、灰色理论或博弈论构建网络选择评价函数，依据该函数进行网络选择；

所述的节点选择模块根据层次分析法、灰色理论或博弈论构建节点选择评价函数，依据该函数进行节点选择。

与现有技术相比本发明的技术优势在于：

本发明与现有技术对比具有以下创新点：

1）实用性：和传统的只注重节点的选择算法对比，本发明综合考虑了异构网络中的网络和节点双重因素，在当前无线终端普及和不同无线网络重叠覆盖的环境下，这使得该机制更加符合实际情况，实用性更强。

2）适应性：无线网络中网络状态动态变化，网络中终端的性能也不尽相同，且不同类型业务对网络资源的需求也不一样。本发明所提供的评价函数选择机制能够充分适应这些变化，每一次节点选择都会对当前的网络状态和业务所关心的主要因素进行更新，并根据这些变化灵活选择评价函数的形式，使其能够随时调整以综合考虑网络环境、节点能力和业务类型三方面；

3）有效性：在本发明的整个机制中，节点的选择都是建立在网络选择的基础上，而选定的节点又会反过来影响网络选择，网络和节点的选择原则是：在最优的网络中选择最优的节点，充分提高网络资源的利用率，提升用户的业务体验，同时还能够保证网络的稳定性。

附图说明

图1为现有技术的异构无线网络节点选择模型；

图2是本发明异构无线网络节点选择算法流程图；

图3是仿真得到的本发明已选节点平均上传速率对比图；

图4是仿真得到的本发明网络利用率方差对比图；

图5是仿真得到的本发明连接持续时间对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做出进一步说明。

为了实现上述目的，本发明提出了一种新型的P2P节点选择机制，该机制能够通过检测当前区域覆盖网络的类型和用户所需要的服务等因素，选择出在异构网络环境下最优的移动节点作为提供资源的服务节点。该机制的基本思想是：在最优的网络中选择最优的节点。该机制包括网络选择和节点选择两个过程，充分考虑了网络参数和节点能力双重因素。在网络选择中，根据服务请求节点的不同业务类型和不同的业务需求，对当前环境下存在的无线网络做出分类和判断，选择出最适合当前业务的网络；之后的节点选择过程中，在上一步所选网络所覆盖的所有节点中选出最优的节点作为数据或服务提供者。

异构无线网络下P2P节点选择机制，如图1所示：

在该模型中存在一个服务器，且某些区域被不同的无线网同时覆盖。该模型中服务器能够收集当前覆盖的所有网络的状态和网络中节点的能力参数，该功能可由网络检测技术实现。首先定义两个评价函数：F_n和F_p，这两个评价函数将被作为网络和节点的性能指标，分别用于网络选择和节点选择。此外，由于某些节点可能会被两个或多个网络同时覆盖，需要对每个网络分配一个网络标识ID:Net.No，对每个网络中的节点分配一个节点ID:Node.No。这样，对于某个需要建立的连接，其使用的网络和目标节点就可以由一个向量(Net.No,Node.No)唯一确定。

当某个节点发起数据请求时，服务器会根据请求的业务类型和对数据传输的要求（如传输速度、连接的稳定性或传输的实时性等），分别确定各个网络和节点的评价函数，将评价函数排序后分别选出最优网络和最优节点。如果需要选择的节点不止一个，则在上述过程的基础上对评价函数进行更新，然后选择下一个节点；重复上述过程至目标节点全部选出。如图2所示。

该节点选择机制的具体实现算法如下

1）列出当前最关心的因素，并确定评价函数F_n和F_p。评价函数的确定可以选择多种算法（层次分析法、灰色理论或博弈论等），实际应用时可以根据情况选择最合适的算法，或者同时选择多种算法以作对比；

2）列出当前可用的网络和节点，编号并更新这些节点的信息，更新信息时要考虑节点能力的变化、节点的离开与加入等；

3）分别计算每个网络的评价函数值F_n；

4）根据F_n选出最优的网络，并记录其网络ID Net.No；

5）计算4）中所选网络所覆盖的所有节点的F_p值，F_p值的大小直接说明了该节点的能力；

6）根据5）的结果选择出一个当前最优的节点，并记录其节点ID Node.No；

7）向服务器返回向量(Net.No,Node.No)，并根据该向量和目标节点建立连接；

8）重复步骤2），直至所选节点个数达到要求。

经过上述步骤，所有的目标节点和与其建立连接所使用的网络都被选择出来。

实施例：

以下两个实施例的所基于的网络环境相同：

1）节点数：50个

节点移动速度随机在（1m/s,5m/s）之间生成，最大上传带宽随机在（0，200Kbps）之间。

2）网络数：3个

A）UMTS：半径500m，最大带宽2000Kbps，覆盖全部50个节点；

B）WLAN1：半径150m，最大带宽5000Kbps，覆盖15个节点；

C）WLAN2：半径100m，最大带宽10000Kbps，覆盖10个节点；

WLAN1和WLAN2共同覆盖4个节点；

3）为保证结果的普遍性和准确性，每次实施例中的仿真都重复了十次，每次都选出10个目标节点。

实施例1

对于文件共享和单纯的数据传输类型的服务方式，具体步骤如下：

1）这种类型的服务方式主要关注的是一定时间内数据的传输量，对数据的传输速度要求较高，而对连接的稳定性和实时性要求较低。因此我们可以定义如下的评价函数：

F_{n} = \frac{B_{peer}}{B_{base}} - - - (1)

F_p＝B_up (2)

其中，B_peer表示已经被节点占用的带宽，B_base表示当前网络的总带宽，B_up表示当前节点的最大上传带宽。

2）更新当前网络状态和节点信息；

3）计算各个网络的F_n值；

代表了网络的利用率，选出当前利用率最低的网络为最优网络，记录其Net.No；

5）计算所选网络覆盖的所有节点的F_p值；

6）选F_p最大的一个作为最优节点，记录其Node.No；

7）通过向量（Net.No，Node.No）与目标节点建立连接；

8）重新执行2）；

将上述步骤循环执行10次，即可选出10个最优的目标节点。

结果如下：

HNPS表示本发明的结果，ROS表示采用随机选择节点算法的结果，POS为传统的只考虑节点因素不考虑网络因素的结果。

图3是三种算法下所选节点的平均上传速率对比图，可以看出使用本发明所选出节点的数据上传速率要普遍高于另外两种算法；图4是三种算法下，三个网络的网络利用率的方差，可以看出，使用本发明的情况下，网络利用率的方差要比另外两种方法小很多，这说明使用本发明进行节点选择，在保证数据传输数率的情况下，还能够保证网络的高稳定性。

实施例2

对于实施的流媒体类型的服务方式，具体步骤如下：

1）这种类型的服务方式主要关注的是连接的稳定性和数据的实时性，因此我们可以定义如下的评价函数：

F_{n} \frac{R_{i}}{V (Net . no, Node . no)} - - - (3)

Fp＝Bup (4)

其中，R_i表示网络半径，V(Net.no，Node.no)表示节点的移动速度，B_up表示当前节点的最大上传带宽。

2）更新当前网络状态和节点信息；

3）计算各个网络的F_n值；

代表了某移动节点移动出某个网络所需要的时间，也可以代表某次连接所能保持的时间，选出能保持最长连接时间的网络为最优网络，记录其Net.No；

5）计算所选网络覆盖的所有节点的F_p值；

6）选F_p最大的一个作为最优节点，记录其Node.No；

7）通过向量（Net.No，Node.No）与目标节点建立连接；

8）重新执行2）；

将上述步骤循环执行10次，即可选出10个最优的目标节点。

结果如下：

由图5可以看出，使用本发明所选出的节点，其连接的持续时间要明显高出其它两种算法很多，这说明本发明较传统算法能够更好地保持数据连接的稳定性。

通过两个不同类型的实例，可以说明本发明的算法较传统节点选择算法有着更强的适用性，能够根据业务类型和客户需求来灵活选择评价函数，不仅能够保证P2P数据传输的高效性，同时还能够保证网络的稳定性。

总之，本发明提供一种异构无线网络条件下P2P系统中服务节点的选择机制，属于网络通信领域。本发明的基本思想是：在最优的网络中选择最优的节点。通过网络选择和节点选择两个过程，综合考虑网络和节点两方面的因素，实现了异构无线网络中移动P2P节点选择。本发明中还定义了两个评价函数，分别用来评价当前网络和候选节点的优劣程度，并据此做出选择。由于充分地考虑了网络因素和节点因素，本发明更能适应当前多种无线网络重叠覆盖的实际情况，在保证用户业务体验的基础上，也能够实现对网络资源合理的分配，大大提高网络资源利用率。

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

1.一种异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，所述的方法包含：

2.根据权利要求1所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，其特征在于，所述步骤101）之前还包含如下步骤：

3.根据权利要求1所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，其特征在于，所述步骤101）进一步包含：

步骤101-1）节点发起数据请求；

4.根据权利要求3所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，其特征在于，所述步骤102）进一步包含：

5.根据权利要求4所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，其特征在于，

步骤101）所述的网络选择根据层次分析法、灰色理论或博弈论构建网络选择评价函数，依据如下函数进行网络选择：

F_n＝f(R，B_base，B_peer...，U)

F_p＝f(V，B_up，T_on...，S)

其中，V表示节点的移动速度，B_up表示节点的最大上传能力，T_on表示节点的在线时间，S表示节点的存储能力；所述的省略号表示用户所关心的一系列因素，这些因素和评价函数的形式根据具体的服务类型和用户要求进行选择。

6.根据权利要求5所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，其特征在于，当请求的业务类型为文件共享和单纯的数据传输类型时，所述网络选择评价函数为：

所述节点选择评价函数为：

Fp＝Bup 。

7.根据权利要求5所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择方法，其特征在于，当请求的业务类型为流媒体类型时，所述网络选择评价函数为：

所述节点选择评价函数为：

F_p＝B_up

8.一种异构无线网络中移动P2P节点的选择系统，所述的系统包含：

9.根据权利要求8所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择系统，其特征在于，所述系统还包含：

10.根据权利要求8所述的异构无线网络中移动P2P节点的选择系统，其特征在于，所述网络选择模块根据层次分析法、灰色理论或博弈论构建网络选择评价函数，依据该函数进行网络选择；