CN107295037A - 一种基于软件定义网络的直播对等网络构建方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于软件定义网络(SDN)的直播对等网络(P2P)构建方法，包括：根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；所述方法还包括：判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。本发明还同时公开了一种基于SDN的直播P2P构建装置。
Description
技术领域
本发明涉及传输与网络协议(IP，Internet Protocol)数据业务技术领域，尤其涉及一种基于软件定义网络(SDN，Software Defined Network)的直播对等网络(P2P，Peer-to-Peer)构建方法和装置。
背景技术
随着互联网的快速发展，利用网络进行流媒体播放成为一个热点。流媒体是指在互联网/内部网上使用流式传输技术的多媒体，且在播放前不需要下载整个文件，可以边下载边观看。传统的网络流媒体播放系统一般基于客户端/服务器(C/S，Client/Server)模式，但由于流媒体播放需要消耗大量的网络带宽和服务器资源，因此，这种C/S模式严重限制了网络流媒体业务的发展。
P2P是近几年新兴的网络技术，相对于传统的C/S模式，P2P的一个显著特点就是节点无需依赖集中式服务器资源，各节点之间可以直接进行通信，具有可扩展性强和效益高的优点。一般来说，P2P系统的服务能力会随着用户数量的增加而提升，即：加入到P2P系统的用户数越多，则可用的上行带宽就越多。图1为P2P分发模型，图1中每台计算机对应一个用户。在P2P系统中，如图1所示，每个加入到P2P系统的用户，既可以作为客户端，又可以作为服务器。因此，每个用户都能够利用自己的上行带宽为其它用户提供服务，从而大大降低源服务器的压力。
图2给出了现有技术中P2P网络的构建过程，如图2所示，当前普通的P2P直播系统是利用聚合点维护所有在线节点列表，每个新加入到P2P的节点(PeerA)要先与聚合点连接，然后聚合点为Peer A提供在线节点列表子集，Peer A利用在线节点列表子集建立邻居关系，从而实现流媒体数据交互。一般来说，聚合点为Peer A提供在线节点列表子集时是随机选择的，因此，Peer A利用在线节点列表子集建立邻居关系时，也是从在线节点列表子集中随机选择邻居节点(Peers)。由于构建P2P逻辑网络时是随机选择邻居关系，使得P2P系统交换直播数据的邻居经常是跨运营商、跨区域的，且数据传输要经历多跳路由，进而对网络传输资源、交换资源造成极大浪费。
目前，建立邻居关系较为先进的做法是：聚合点随机为节点Peer A提供在线节点列表子集，Peer A尝试与在线节点列表子集中的每个节点建立连接，将响应较快的若干个节点视为邻居节点。该方法虽然在一定程度上规避了上述问题，但由于响应时间并不能准确反映节点的物理位置，也就是说，当前的P2P直播系统缺少对Peer节点物理位置的感知功能。因此，节点建立的邻居关系仍有可能是跨区域的，存在网络带宽资源浪费等问题。
公开号为CN101938508 A的专利是使用缓存路由服务器，实现资源的管理、路由计算和客户端管理，新Peer客户端在自己的区域范围内处理用户请求，与区域内的其它用户建立邻居关系，当区域内用户请求的资源不存在时，缓存路由服务器从源服务器获取。该方式虽然能在一定程度上解决网络带宽资源浪费的问题，但由于在每个地理区域中都部署了缓存路由服务器，大大增加了直播系统的部署成本；另外，由于缓存路由服务器也不具备物理网络的拓扑视图，因此，为地理区域内的节点建立的邻居关系往往也是随机的，同样也多少会存在网络带宽资源浪费的缺陷。最后，当用户请求的直播资源在本区域内不存在时，需要缓存路由服务器先从源节点获取直播数据，再提供给用户，这样就增加了直播数据的延迟。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于SDN的直播P2P构建方法和装置，在传输直播数据时，能够大大减少网络带宽资源的消耗，降低获取直播数据的时延，从而提高用户观看视频直播的效果。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种基于SDN的直播P2P构建方法，根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；所述方法还包括：
判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；
根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；
根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。
上述方案中，所述用户节点与直播源节点间的距离越大，则所述用户节点所属级别越高；
其中，级别高的用户节点能从上一级级别低或本级的用户节点获取数据。
上述方案中，所述根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型，包括：
若所述判断结果为是，则确定所述新加入的用户节点为弱点；否则，对所述新加入的用户节点所属级别中的弱点带宽进行排序，将带宽高的弱点转换为强点。
上述方案中，所述根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系，包括：
若所述新加入的用户节点为弱点，则启动第一方式建立邻居关系；否则，启动第二方式建立邻居关系。
上述方案中，所述强点从自身所属级别的上一级级别低的用户节点获取数据，并向下一级级别高的用户节点传递数据；
所述弱点从自身所属级别的其它用户节点获取数据。
本发明实施例还提供一种基于SDN的直播P2P构建装置，所述装置包括：设置模块、判断模块、确定模块和邻居关系建立模块；其中，
设置模块，用于根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；
判断模块，用于判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；
确定模块，用于根据所述判断模块的判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；
邻居关系建立模块，用于根据所述确定模块确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。
上述方案中，所述用户节点与直播源节点间的距离越大，则所述用户节点所属级别越高；
其中，级别高的用户节点能从上一级级别低或本级的用户节点获取数据。
上述方案中，所述确定模块根据所述判断模块的判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型，包括：
若所述判断结果为是，则确定所述新加入的用户节点为弱点；否则，对所述新加入的用户节点所属级别中的弱点带宽进行排序，将带宽高的弱点转换为强点。
上述方案中，所述邻居关系建立模块根据所述确定模块确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系，包括：
若所述新加入的用户节点为弱点，则启动第一方式建立邻居关系；否则，启动第二方式建立邻居关系。
上述方案中，所述强点从自身所属级别的上一级级别低的用户节点获取数据，并向下一级级别高的用户节点传递数据；
所述弱点从自身所属级别的其它用户节点获取数据。
本发明实施例所提供的基于SDN的直播P2P构建方法和装置，根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。如此，可以为新加入的用户节点选择合适的节点建立邻居关系，使得在传输直播数据时，大大减少网络带宽资源的消耗，降低获取直播数据的时延，从而提高用户观看视频直播的效果和体验；进一步地，本发明实施例通过将P2P直播系统中的用户节点进行级别划分，将用户网络带宽的消耗限制在一定范围内，降低了P2P直播系统的部署成本。此外，直播源节点只需要向最低级别的部分节点提供资源，因此，对直播源节点的硬件配置及带宽配置需求较小。
附图说明
图1为现有的P2P分发模型示意图；
图2为现有的P2P网络构建流程示意图；
图3为本发明实施例基于SDN的直播P2P构建方法的实现流程示意图；
图4为本发明实施例用户节点间数据传递示意图；
图5为本发明实施例基于SDN的直播P2P构建装置的组成结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
通常，P2P直播系统主要包括：P2P覆盖网络构建和流媒体数据块调度两个过程；其中，P2P覆盖网络构建主要负责使每个加入P2P直播的节点寻找到其它节点作为自己的邻居，从而构建覆盖网络拓扑；流媒体数据块调度主要负责决策Peer节点如何在覆盖网络进行直播数据流的传输调度。这里需要指出的是，本发明实施例主要针对P2P覆盖网络构建进行详细说明。
如图3所示，本发明实施例中基于SDN的直播P2P构建方法的实现流程，包括以下步骤：
步骤300：根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；
这里，将SDN控制器作为P2P直播系统的聚合点，为Peer用户节点建立邻居关系提供所需信息。
SDN技术分离了网络的控制平面和数据平面，其中，SDN控制器通过全网络视图来实现管理和控制功能，SDN控制器的控制逻辑表示控制平面。这里，利用SDN控制器(聚合点)天然的物理网络全局视图可以准确反映节点的地理位置，为建立对等覆盖网络提供条件。
这里，可以基于SDN网络测量每个用户节点与直播源节点的网络传输跳数，即：每个用户节点与直播源节点的距离，并按照测量的不同的节点跳数，对用户节点进行级别划分。其中，不同级别的用户节点构成类似于以直播源节点为圆心的同心圆结构。
由于P2P直播系统中的用户有时会与跨区域的用户交换直播数据流，就会使得直播数据流传输的路径较长，造成播放延迟等问题，还会对网络带宽资源造成不必要的浪费。针对现有技术问题，本发明实施例在设计P2P时，通过将P2P直播系统中的用户节点划分为多个级别，其中，同一级别的用户节点间可进行数据交互，只有每一级别的强点才能与相邻级别的用户节点进行数据交互，以此限制每个节点建立邻居关系的范围，从而减小用户观看视频直播源数据的时延差。本发明实施例之所以限制用户级别数，是因为：划分的级别越多，用户节点从直播源节点处获取直播数据需传递的次数就越多，中转越多，直播数据在中间传递出现的问题、以及时间差异就会很大，不仅占用了更多用户设备的资源，降低了获取直播数据的时延，最终还导致用户不能很好地观看视频直播的效果和体验。
这里，所述用户节点与直播源节点间的距离越大，则所述用户节点所属级别越高；级别高的用户节点能从上一级级别低或本级的用户节点获取数据。
这里，对于如何根据用户节点与直播源节点的网络传输跳数，划分哪些用户节点属于哪一级，划分标准可根据P2P直播系统使用时实际用户量考虑设置，例如：规定与直播源节点间的距离在5跳范围内的用户节点，划分为第一级，与直播源节点间的距离在10跳范围内的用户节点，划分为第二级，与直播源节点间的距离为更多跳数的用户节点，划分为第三级，……。
这里，由于SDN控制器具有网络拓扑全局视图，因此，根据SDN控制器能自动获知每个用户节点与直播源节点的网络传输跳数。
步骤301：判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；
这里，SDN控制器能够利用网络测量技术，检测出用户带宽的使用情况，以便于正确判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽，具体如何实现属于现有技术，在此不再赘述。
步骤302：根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；
本步骤302具体包括：若所述判断结果为是，则确定所述新加入的用户节点为弱点；否则，对所述新加入的用户节点所属级别中的弱点带宽进行排序，将带宽高的弱点转换为强点。
其中，所述强点从自身所属级别的上一级级别低的用户节点获取数据，并向下一级级别高的用户节点传递数据；所述弱点从自身所属级别的其它用户节点获取数据。
步骤303：根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。
这里，若所述新加入的用户节点类型为弱点，则启动第一方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系；否则，启动第二方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。
其中，所述第一方式是直接在新加入的用户节点所属级别的节点中，挑选与此新加入的用户节点距离近、剩余带宽多的节点建立邻居关系；所述第二方式是先对新加入的用户节点所属级别中的弱点带宽进行排序，将带宽高的弱点转换为强点，再按照上述第一方式为新加入的用户节点选择邻居节点。
下面对本发明提供的基于SDN的直播P2P构建方法的技术方案做进一步地详细介绍：
为方便描述，本发明实施例优选地将用户节点划分为三级，其中，规定距离直播源节点距离最近的一级为第一级，距离直播源节点距离最远的一级为第三级，剩下的一级为第二级。图4示出了本发明实施例用户节点间数据传递过程，如图4所示，第一级的用户节点可以直接从直播源节点处获得直播数据；第二级的用户节点既可以从第一级的用户节点处获取直播数据，也可以从本级用户节点获取直播数据；第三级的用户节点获取直播数据情况与第二级类似。
需要特别说明的是，只有从上一级用户节点处获取数据的用户，才可以给下一级用户节点提供数据；而从本级节点获取数据的用户，不能为下一级用户节点提供数据。
下面对本发明如何为新加入到P2P直播系统的用户节点选择建立邻居关系做进一步地详细介绍：
假设新加入到P2P直播系统的用户节点为节点A，若节点A被划分在第一级，且第一级已存在的节点可以给节点A提供足够的上行网络带宽，则启动第一方式建立邻居关系，即：将节点A视为弱点，其与第一级用户节点建立邻居关系直接选择如下方式：
从上述公式(1)、(2)可以看出，第一级中的每个节点Qi成为节点A的邻居的分值是通过节点A与节点Qi的距离，以及Qi平均分配给每个建立邻居关系的节点的上行带宽评估出来的；第一级中的每个节点Qi被选择成为节点A的邻居的概率是不同的。
其中，是节点A与节点Qi的网络传输跳数，是用节点Qi的网络接入带宽平均到建立邻居关系的节点个数的值，即：能为每个建立邻居关系的节点提供的直播数据流速率的平均值，这样，就使得那些剩余较多接入带宽资源的用户节点有更大的可能与节点A建立邻居关系，充分利用这些节点提供的资源而不至于浪费；n表示除A以外的第一级内的节点总数；μ和σ是衡量两个影响因素重要性的系数，且μ+σ＝1。
这里，可将上行带宽平均值看作Qi能够向节点A提供直播数据的能力，每个节点加入时会倾向于选择性能较好的节点作为与自己建立邻居关系的节点。
若节点A被划分在第一级，但第一级已存在的节点不能给节点A提供足够的上行网络带宽，则启动第二方式建立邻居关系，即：先对第一级节点中的弱点带宽进行排序，将带宽较高的若干个弱点(假设为三个)转换为强点，然后再按照上述第一方式中的公式(1)、(2)，为节点A与第一级用户节点建立邻居关系，进而从直播源节点处获取数据。
假设新加入到P2P直播系统的用户节点B被划分在第二级，为其与其它节点建立邻居关系的方式与节点A相似，唯一不同的是，当第二级中已存在的节点不能给节点B提供足够的上行网络带宽时，就会将该级别中弱点带宽较高的若干个弱点(假设为三个)转换为强点，从第一级用户节点索取数据资源。如果此时第一级中强点的带宽也不足够给节点B提供时，就会按照上述方式把一些弱点转换为强点，从而富余出可用的带宽提供给节点B。
第三级用户节点的处理方式与第二级用户节点的处理方式相同，这里不再赘述。
为实现上述方法，本发明实施例还提供了一种基于SDN的直播P2P构建装置，如图5所示，该装置包括设置模块51、判断模块52、确定模块53、邻居关系建立模块54；其中，
设置模块51，用于根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；
判断模块52，用于判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；
确定模块53，用于根据所述判断模块52的判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；
邻居关系建立模块54，用于根据所述确定模块53确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。
这里，所述用户节点与直播源节点间的距离越大，则所述用户节点所属级别越高；
其中，级别高的用户节点能从上一级级别低或本级的用户节点获取数据。
这里，所述确定模块53根据所述判断模块52的判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型，具体为：
若所述判断结果为是，则确定所述新加入的用户节点为弱点；否则，对所述新加入的用户节点所属级别中的弱点带宽进行排序，将带宽高的弱点转换为强点。
这里，所述邻居关系建立模块54根据所述确定模块53确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系，包括：
若所述新加入的用户节点为弱点，则启动第一方式建立邻居关系；否则，启动第二方式建立邻居关系。
其中，所述强点从自身所属级别的上一级级别低的用户节点获取数据，并向下一级级别高的用户节点传递数据；
所述弱点从自身所属级别的其它用户节点获取数据。
在实际应用中，所述设置模块51、判断模块52、确定模块53、邻居关系建立模块54均可由位于P2P服务器上的中央处理器(CPU，Central ProcessingUnit)、微处理器(MPU，Micro Processor Unit)、数字信号处理器(DSP，DigitalSignal Processor)、或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等实现。
本发明实施例根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。如此，可以为新加入的用户节点选择合适的节点建立邻居关系，使得在传输直播数据时，大大减少网络带宽资源的消耗，降低获取直播数据的时延，从而提高用户观看视频直播的效果和体验；进一步地，本发明实施例通过将P2P直播系统中的用户节点进行级别划分，将用户网络带宽的消耗限制在一定范围内，降低了P2P直播系统的部署成本。此外，直播源节点只需要向最低级别的部分节点提供资源，因此，对直播源节点的硬件配置及带宽配置需求较小。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于软件定义网络SDN的直播对等网络P2P构建方法，其特征在于，根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；所述方法还包括：
判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；
根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；
根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户节点与直播源节点间的距离越大，则所述用户节点所属级别越高；
其中，级别高的用户节点能从上一级级别低或本级的用户节点获取数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型，包括：
若所述判断结果为是，则确定所述新加入的用户节点为弱点；否则，对所述新加入的用户节点所属级别中的弱点带宽进行排序，将带宽高的弱点转换为强点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系，包括：
若所述新加入的用户节点为弱点，则启动第一方式建立邻居关系；否则，启动第二方式建立邻居关系。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述强点从自身所属级别的上一级级别低的用户节点获取数据，并向下一级级别高的用户节点传递数据；
所述弱点从自身所属级别的其它用户节点获取数据。
6.一种基于SDN的直播P2P构建装置，其特征在于，所述装置包括：设置模块、判断模块、确定模块和邻居关系建立模块；其中，
设置模块，用于根据每个用户节点与直播源节点的距离大小，对用户节点进行级别划分；
判断模块，用于判断新加入P2P直播系统的用户节点所属级别中已存在的节点，是否能为所述新加入的用户节点提供所需的上行网络带宽；
确定模块，用于根据所述判断模块的判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型；
邻居关系建立模块，用于根据所述确定模块确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用户节点与直播源节点间的距离越大，则所述用户节点所属级别越高；
其中，级别高的用户节点能从上一级级别低或本级的用户节点获取数据。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块根据所述判断模块的判断结果，确定所述新加入的用户节点的类型，包括：
若所述判断结果为是，则确定所述新加入的用户节点为弱点；否则，对所述新加入的用户节点所属级别中的弱点带宽进行排序，将带宽高的弱点转换为强点。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述邻居关系建立模块根据所述确定模块确定的不同类型，启动相应的处理方式为所述新加入的用户节点与其它用户节点建立邻居关系，包括：
若所述新加入的用户节点为弱点，则启动第一方式建立邻居关系；否则，启动第二方式建立邻居关系。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述强点从自身所属级别的上一级级别低的用户节点获取数据，并向下一级级别高的用户节点传递数据；
所述弱点从自身所属级别的其它用户节点获取数据。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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