CN104798347A

CN104798347A - 分布式通信系统中的局部分区

Info

Publication number: CN104798347A
Application number: CN201380060717.9A
Authority: CN
Inventors: 保罗·富勒顿; 苏吉·达塔尔
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-22
Also published as: EP2918051A1; WO2014101821A1; US20140189082A1; EP2918051A4

Abstract

一种用于在分布式系统中通信的装置包括标识符空间和处理器。所述标识符空间将所述分布式系统中的数据与一个或多个取值范围关联，所述处理器使用所述一个或多个取值范围在所述分布式系统中跨局部节点地分布跨地区路由和缓存。还公开了一种用于在分布式系统中通信的方法。所述分布式系统中节点的标识符被确定且与标识符空间上的位置相关联。使用所述标识符空间上的位置分布所述分布式系统中的跨地区路由和跨局部节点缓存。此外，一种用于在分布式系统中获取数据的装置包括处理器。处理器用于获取所述数据的标识符，在所述标识符空间上定位所述标识符的位置，以及确定负责所述数据的局部节点。

Description

分布式通信系统中的局部分区

相关申请案交叉申请

本发明要求2012年12月28日递交的发明名称为“分布式通信系统中的局部分区(Local Partitioning in a Distributed Communication System)”的第13/730338号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文本中，如全文再现一般。

技术领域

本发明涉及通信网络，以及在具体实施例中，涉及分布式通信系统中的局部分区。

背景技术

通信网络可包括节点，节点间由能够实现用户间通信的链路连接。网络中的每个节点都具有唯一标识符(例如，互联网协议(IP)地址)，该唯一标识符使数据或连接能够被路由到正确的接收方。通信网络通常依赖于静态配置的连接和路由，其可能是手动的、容易出错的且固定不变的。此外，通信网络可能要求跨越不同地区(例如，跨越广域网)的通信。该跨地区流量会增加通信成本和降低网络性能，例如增加系统延迟。

发明内容

在一项实施例中，本发明包括一种用于在分布式系统中通信的装置。所述装置包括标识符空间和处理器。所述标识符空间将所述分布式系统中的数据与一个或多个取值范围关联，所述处理器使用所述一个或多个取值范围在所述分布式系统中跨局部节点地分布跨地区路由和缓存。

在另一项实施例中，本发明包括一种用于在分布式系统中通信的方法。所述分布式系统中节点的标识符被确定且与标识符空间上的位置相关联。使用所述标识符空间上的位置分布所述分布式系统中的跨地区路由和跨局部节点缓存。

在又一项实施例中，本发明包括一种用于在分布式系统中获取数据的装置。所述装置包括处理器，用于获取所述数据的标识符，在标识符空间上定位所述标识符的位置，以及至少部分基于所述位置确定负责所述数据的局部节点。

结合附图和权利要求书，可从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其它特征。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。

图1为局部分区的全局网络的实施例的示意图。图2为全局标识符空间的实施例的示意图。图3为数据获取方法的实施例的流程图。图4为跨广域网通信的局部分区的全局网络的实施例的示意图。

图5为节点服务部件的实施例的示意图。

图6为局部缓存的实施例的示意图。

图7为通用计算机系统的实施例的示意图。

具体实施方式

最初应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但可使用任意数目的当前已知或现有的技术来实施所公开的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。虽然已经论述了传统技术的某些方面以帮助理解本发明，但是申请人没有办法否认这些技术方面，并且预计本发明可包含一个或多个本文所述的传统技术方面。

本文所公开的是在分布式通信系统中实现局部分区的系统和方法。在实施例中，通信系统中的节点和数据被动态地映射到全局标识符空间。例如，在一项实施方式中，将哈希函数应用到节点或数据关键字以生成全局标识符。全局标识符可用于确定哪些节点局部地哪些节点全局地负责数据。这能够实现跨广域全局网络的动态路由和分布，从而更为灵活和简易地管理部署。实施例还可简化跨地区网络维护和复制，从而得到更为有效的可用性并缩减跨地区业务。下文将论述本发明的实施例的附加特征和优点。

图1为局部分区的全局网络100的一项实施例的示意图。网络100包括第一地区126中的节点120、122和124，以及第二地区146中的节点140、142和144。虽然该图示出了两个各具三个节点的地区，但实施例并不限于任意数目的地区和节点，且实施例可包括的地区和节点可多于或少于该图中所示的地区或节点。在实施例中，一个地区可包括节点的任意子分组节点的子分组可基于任意标准。例如，节点的子分组可基于对节点间的链路的质量的测量(例如，一个或多个性能指标)、基于地理位置或基于任何其它因素。此外，可手动或自动选择节点的子分组。例如，人们可手动地将节点分配给地区，或自动化机器可自主地将节点随机分配给地区或使用一个或多个性能指标或任何其它标准将节点分配给地区。然而，实施例并不限于任何形成地区的特定方式，且地区可包括节点的任意子分组。

各个节点120、122、124、140、142和144可选地是附着到网络100的有源电子设备且能够通过通信信道发送、接收或转发信息。节点的一些示例包括调制解调器、集线器、网桥或交换机等数字电路终结设备(DCE)和数字电话手机、打印机、宿主计算机、路由器、工作站或服务器等数据终端设备(DTE)。在一项特定实施例中，节点包括统一通信应用服务器仅作说明用途而并非受此限制。然而，实施例并非受限于任何特定类型的节点。

网络100使用实现节点120、122、124、140、142和144之间的通讯的链路以连接节点120、122、124、140、142和144。网络100中的各个节点120、122、124、140、142和144都具有唯一地址，使得消息或连接可被路由到正确节点。网络100中地址的集合被称为全局标识符空间160。

在图1中，全局标识符空间160被示作一个环。网络100中的每个节点都与标识符相关联并且映射到全局标识符空间160上的位置。例如，节点120、122、124、140、142和144分别映射到全局标识符空间位置170、172、174、180、182和184。因此，全局网络100中的每个节点都映射到相同的全局标识符空间160。

图2是更为详细地图示全局标识符空间160的示意图。在实施例中，将一个范围(例如，数字范围)映射到全局标识符空间160。例如，全局标识符空间160可包括作为范围起始的位置202，该范围可沿环顺时针(按箭头204所示的方向)增长。可基于一致性哈希(consistent hashing)算法选择该范围。然而，该范围不限于任何特定实施方式且可包括任何范围。

(图1中所示的)各个节点120、122、124、140、142和144都具有一个位于全局标识符空间160的范围内的标识符。在一项实施例中，通过将哈希函数应用到与节点相关联的关键字(例如，IP地址)动态地生成标识符。哈希函数能够接收可变长度的关键字作为输入并生成全局标识符空间160的范围内的固定长度的哈希值。例如，一致性哈希可用于生成标识符并确定全局标识符空间160上的每个标识符的位置。此外，可为与全局网络相关联的任何其它部件(例如，数据、路由、端点注册等)生成标识符，并且该标识符可同样地映射到全局标识符空间160上的位置。

如上文所述，(图1中所示的)节点120对应于全局标识符空间位置170。位置170与第一间隔222和第二间隔224相关联。第一间隔222包括全局标识符空间160的位置170和182之间的部分。在实施例中，节点120全局地负责任何具有位于间隔222内的标识符的数据。例如，位于分布式系统中的任何地区的具有间隔222内的标识符的数据存储在节点120中。因此，节点120全局地负责对应于间隔222的数据，这样如果分布式系统中任意其它节点需要对应于间隔222的数据，那么另一部件知晓其可以从节点120获取该数据。

第二间隔224包括全局标识符空间160的位置170和174之间的部分。节点120局部地负责任何具有位于间隔224内的标识符的数据。例如，节点120向其所在地区中的其它节点(例如，图1中的节点122和124)提供具有位于间隔224内的标识符的数据。节点120可按需缓存所有或部分该数据或可从全局负责节点获取该数据。因此，节点120局部地负责对应于间隔224的数据，这样如果相同地区内的任意其它节点需要对应于间隔224的数据，那么相同地区中的另一节点知晓其能够从节点120获取该数据。

图2仅示出了具有标识符位置170的节点120的局部间隔224和全局间隔222。网络中的其它节点可同样具有其关联的局部和全局间隔。在实施例中，节点的全局间隔通过在全局标识符空间上识别该节点的标识符的位置，并且随后沿全局标识符空间按逆时针方向移动直到遇到来自任意地区的下一节点来确定。节点的全局间隔是节点的标识符和来自其逆时针方向的任意地区的下一节点的标识符之间的间隔。

节点的局部间隔通过在全局标识符空间上识别节点的标识符的位置，并且随后沿全局标识符空间按逆时针方向移动直到遇到来自相同地区的下一节点来确定。节点的局部间隔是节点的标识符和来自其逆时针方向的相同地区的下一节点的标识符之间的间隔。例如，(图1中所示的)节点140与位于全局标识符空间160上的位置180处的标识符相关联。节点140全局地负责位置180和位置174之间的全局标识符空间间隔上的数据，节点140局部地负责位置180和位置184之间的全局标识符空间间隔上的数据。

值得注意的是，上文所述的分配局部和全局间隔的方法仅用于说明性目的。本发明的实施例可包括任何分配局部和全局间隔的方法。例如，在另一实施例中，局部和全局节点可对应一组范围，而不是局部和全局间隔对应单个取值范围。例如，局部和全局间隔的其中之一或这两者可包括两个或两个以上不连续的取值范围。该范围组可选地为范围列表或数据段列表的形式。这对于进一步随机化数据元素到节点的分配是有用的。或者，还可使用其它一致性哈希方法或任意其它向节点分配数据元素的方法。因此，本发明的实施例覆盖使用任何方法设计的局部和全局间隔，而不限于上文所述的特定示例。

图3为数据获取方法300的一项实施例的流程图。方法300可由分布式网络系统的节点使用以识别该分布式网络系统中其它哪些节点能够提供其所需的数据。方法300可用于例如获取路由信息、端点注册等等。在方框302处，确定待获取的数据的全局标识符。例如，可通过将哈希函数应用到与数据关联的关键字来确定全局标识符。在方框304处，数据的标识符位于全局标识符空间上。然后，在方框306处，通过沿全局标识符空间按顺时针移动直到遇到第一个本地节点(即，与获取数据的节点位于相同地区内的第一个节点)来确定局部负责节点。

如果局部负责节点还全局地负责数据，那么该方法从方框308继续到方框310，在方框310处，从局部负责节点获取数据。如果局部负责节点并不全局地负责数据，那么该方法从方框308继续到方框312。在方框312处，确定局部负责节点是否已缓存数据。如果局部负责节点已缓存数据，那么在方框314处，从局部负责节点的缓存获取数据。如果局部负责节点没有缓存数据，那么在方框316处，局部负责节点从全局负责节点获取数据并将数据发送到请求方。在方框318处，局部负责节点可选地缓存数据，这样如果再次需要相同的数据，那么局部负责节点可从其缓存中获取该数据，而不是必须从全局负责节点获取该数据。

图4为局部分区的全局网络400的另一项实施例的示意图。网络400包括第一地区中的第一组节点410、第二地区中的第二组节点420和第三地区中的第三组节点430。第一组节点410包括节点411、412、413、414和415。第二组节点420包括节点421、422、423、424和425，第三组节点430包括节点431、432、433、434和435。再次，虽然图4示出了三个各具五个节点的地区，但实施例并不限于任意数目的地区和节点，且实施例可包括的地区和节点可多于或少于该图中所示的地区或节点。

每组节点都与多个用户相关联。例如，在图4中，第一组节点410与用户416相关联。第二组节点420与用户426相关联，第三组节点430与用户436相关联。每组用户跨其对应的组的局部节点分布。例如，箭头417表示用户416跨第一组的节点410分布。在实施例中，自动或手动地将用户分布在它们的地区内。

网络400还包括实现跨地区通信的广域网(WAN)440。例如，WAN440实现节点415和421之间的通信441以及节点415和431之间的通信442。在实施例中，可通过利用上文所述的局部分区和数据获取方法减少跨WAN440的通信。例如，如果用户418需要从不同地区中的用户428和438获取数据(例如，IP地址)，那么用户418不必跨WAN440通信。取而代之，用户418可以和局部地负责该数据的局部节点415通信(419)。因此，可通过限制跨地区通信来减少网络延迟。

图5为节点服务部件500的示意图。在实施例中，每个节点提供相同或类似的服务。因此，服务是对称且位置独立的。网络内不存在专用角色。可提供的服务的一些示例包括但不限于连接和消息应用编程接口(API)502、自举和注册504、拓扑检测506、拓扑API508、叠加(overlay)管理510、叠加路由512、存储API514和分布式存储516。

连接和消息API502使用户建立与另一用户的通信会话(例如，IP承载语音(VOIP)通信会话)或向另一用户发送通信(例如，邮件)。自举和注册504使节点加入全局和局部网络并以自动方式假设分区，这促进了系统的扩展和收缩。拓扑检测506使节点能够检测分布式通信系统中节点和链路的布置。拓扑API508使用户能够访问拓扑检测506确定的网络拓扑信息。叠加管理510使用户能够访问另一网络，叠加路由512向用户提供路由信息以供访问其它网络。存储API514使用户能够存储来自远程位置的数据和从远程位置获取数据，分布式存储516使网络存储分布在分布式系统网络中的不同节点。

图6为局部缓存600的实施例的示意图。缓存600包括与关键字602相关联的信息。局部缓存600内的关键字602可与来自不同地区的关键字相关联。例如，在图中所示的示例中，Bob和Bill关键字可与第一地区相关联。Ann和Dave关键字可与第二地区相关联，Chris关键字可与第三地区相关联。因此，局部缓存600可从全局网络缓存信息。如上文所述，这可使节点能从局部节点获取数据而不是必须跨越WAN从远程节点获取该数据，从而减少WAN业务。

局部缓存600还可存储其它信息。在图中所示的特定示例中，局部缓存600包括每个关键字602的最后使用的指标604和频率指标606。这些指标可用于管理缓存。例如，最后使用的指标604可表示最近一次使用缓存中的数据的时间，频率指标606可表示缓存中的数据使用的频率。局部缓存600可利用该信息来保持最近使用的数据和/或频繁使用的数据。与最近未使用和/或不经常使用的数据相比，这可以使局部缓存600更有可能具有所需的数据，从而提升系统性能。

如上文所述，系统和方法的实施例提供了分布式通信系统中的局部分区。基于全局节点标识符空间中局部分配的关键字分区的重叠来关联地区间节点。这实现了基于关联跨局部节点地分布跨地区路由和缓存。跨广域全局部署的动态路由和分布可更为灵活和简易地管理部署。此外，服务的位置独立性可产生更高效的移动性。一些其它潜在优点包括简化网络维护和跨位置复制、减少WAN流量和更好的节点和WAN故障恢复能力。然而，实施例不限于任何特定优点或特征，并且可包括上文所述或图中所示的任何一个或多个特征。

上述方案可在任何通用网络部件上实施，例如计算机或特定网络部件，其具有足够的处理能力、存储资源和网络吞吐能力来处理其上的必要工作量。图7示出了通用网络部件或计算机系统700的示意图，其适用于实施本文所公开的方法的一项或多项实施例。通用网络部件或计算机系统700包含处理器702(可以称为中央处理器单元或CPU)，所述处理器与包含以下项的存储设备通信：辅助存储器704、只读存储器(ROM)706、随机存取存储器(RAM)708、输入/输出(I/O)设备710，以及网络连接设备712。虽然处理器702作为单个处理器说明，但其并非受限于此，而是可以包括多个处理器。处理器702可以实施为一个或多个通用CPU芯片、核(例如，多核处理器)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或数字信号处理器(DSP)，并且/或者可以是一个或多个ASIC的一部分。处理器702可以用于实施本文本中所述的任何方案。处理器702可以使用硬件、软件或这两者来实施。辅助存储器704通常包括一个或多个磁盘驱动器或磁带驱动器，用于数据的非易失性存储，而且如果RAM708的容量不足以存储所有工作数据，所述辅助存储器则用作溢流数据存储设备。辅助存储器704可以用于存储程序，当选择执行这些程序时，所述程序将加载到RAM708中。ROM706用于存储在程序执行期间读取的指令以及可能读取的数据。ROM706为非易失性存储设备，其存储容量相对于辅助存储器704的较大存储容量而言通常较小。RAM708用于存储易失性数据，还可能用于存储指令。对ROM706和RAM708二者的存取通常比对辅助存储器704的存取快。

本发明公开至少一项实施例，且所属领域的普通技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征作出的变化、组合和/或修改均在本发明公开的范围内。因组合、合并和/或省略所述实施例的特征而得到的替代性实施例也在本发明的范围内。应当理解的是，本发明已明确阐明了数值范围或限制，此类明确的范围或限制应包括涵盖在上述范围或限制(如从大约1至大约10的范围包括2、3、4等；大于0.10的范围包括0.11、0.12、0.13等)内的类似数量级的迭代范围或限制。例如，每当公开具有下限R_l和上限R_u的数值范围时，具体是公开落入所述范围内的任何数字。具体而言，特别公开所述范围内的以下数字：R＝R_l+k*(R_u–R_l)，其中k是从1％到100％以1％增量递增的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％……70％、71％、72％……95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，还特此公开了，上文定义的两个R值所定义的任何数值范围。除非另有说明，否则术语“约”是指随后数字的±10％。相对于权利要求的某一要素，术语“可选地”的使用表示该要素可以是需要的，或者也可以是不需要的，二者均在所述权利要求的范围内。使用如包括、包含和具有等较广术语应被理解为提供对如……组成、基本上由……组成，以及大体上由……组成等较窄术语的支持。因此，保护范围不受上文所述的限制，而是由所附权利要求书定义，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有等效物。每项和每条权利要求作为进一步公开的内容并入说明书中，且权利要求书是本发明的实施例。所述揭示内容中的参考的论述并不是承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文本中，其提供补充本发明的示例性、程序性或其它细节。

虽然本发明多个具体实施例，但应当理解，所公开的系统和方法也可通过其它多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间部件间接地耦合或通信。其它变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离此处公开的精神和范围。

Claims

1.一种用于在分布式系统中通信的装置，其特征在于，包括：

标识符空间，将所述分布式系统中的数据与一个或多个取值范围相关联；以及

处理器，使用所述一个或多个取值范围在所述分布式系统中跨局部节点地分布跨地区路由和缓存。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标识符空间使用一致性哈希将所述数据与所述一个或多个取值范围中的值相关联。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标识符空间识别所述局部节点中的哪一个在所述分布式系统中局部地负责每个地区的所述数据。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分布式系统包括多个地区和多个节点，其中，基于预确定标准的集合给所述多个节点中的每个节点自动分配所述多个地区中的其中一个。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标识符空间识别所述分布式系统中哪个节点全局负责所述分布式系统中的所述数据。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器使用所述标识符空间自动在用户的地区内分布所述用户。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器用于缓存与所述数据相关联的性能指标，且所述处理器使用所述性能指标管理局部缓存。

8.一种用于在分布式系统中通信的方法，其特征在于，包括：

确定所述分布式系统中节点的标识符；

将所述标识符与标识符空间上的位置相关联；以及

使用所述标识符空间上的所述位置跨局部节点地分布跨地区路由和缓存。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述标识符包括将哈希函数应用到节点关键字以计算哈希值以及使用所述哈希值作为所述标识符。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，关联所述标识符包括将取值范围映射到所述标识符空间以及将每个所述标识符都与所述取值范围内的值相关联。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，分布所述跨地区路由和缓存包括确定所述节点中的哪个节点局部地负责每个地区的路由和缓存。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，分布所述跨地区路由和缓存包括确定所述节点中的哪个节点全局地负责所述分布式系统的路由和缓存。

13.一种用于在分布式系统中获取数据的装置，其特征在于，包括：

处理器，用于：

获取所述数据的标识符；

在标识符空间上定位所述标识符的位置；以及

至少部分基于所述位置确定负责所述数据的局部节点。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：

在所述局部节点处缓存所述数据；以及

从所述局部节点的缓存中获取所述数据。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：

基于所述位置确定负责所述数据的跨地区节点；以及

使用所述局部节点从所述跨地区节点获取所述数据。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于使用一致性哈希确定所述分布式系统中的节点的标识符。

17.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于至少部分基于用户的地区自动分布所述分布式系统的用户。

18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于存储与局部缓存中的所述数据相关联的性能指标。

19.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于在所述分布式系统中的每个节点处提供一组相同的服务。

20.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于将哈希函数应用到与所述数据相关联的关键字以生成哈希值。