CN110300139A - 一种点对点内容分发的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种点对点内容分发的方法,包括下载终端向ETE‑TRACKER服务器发送文件下载请求;ETE‑TRACKER服务器作为OSPF服务器收集网络上的TE‑LSA,获得网络拓扑和流量矩阵;将剩余容量问题分配给ETE‑TRACKER服务器,将可拆分子问题分配给端系统分布式求解;ETE‑TRACKER服务器求解剩余容量问题,端系统求解可拆分子问题,并合并发送给ETE‑TRACKER服务器;ETE‑TRACKER服务器将计算结果传到SDN控制器,SDN控制器根据链路权重,通过发送Send‑Packet消息部署到openflow交换机,openflow交换机返回确认消息;端系统下载文件,传输文件给下载终端。采用了本发明的技术方案,使得P2P文件分享系统的运营管理可以灵活配置,在面对大规模问题快速给出路由和流量分配方案,兼顾网络能耗和链路鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及内容共享技术领域,特别涉及一种点对点内容分发的方法。
背景技术
近年来,内容共享与分发业务发展较快,包括文件共享和传播为主的P2P 下载业务和视频高效分发的CDN业务,或者两者的结合。其本质特征均为破除简单的传统CS架构,而是以覆盖层拓扑作为通信与控制的对象,对于提供下载服务的服务器有很强的分布式特征。由于这类业务所流量比例较大,近年来已经有越来越多的绿色网络研究文献专注于此类业务。但是,这些研究普遍具有一些问题,譬如优化手段单一,仅优化能耗指标,而将性能等其他指标作为约束条件,忽视了现有网络的可靠性等其他方面。其次,仅针对overlay层次做优化,对于网络层及其他业务关注较少,导致实用性受限。第三,对于业务能耗优化方面,对于端系统PC或PAD等关注较多,对于网络设备因此而产生的能耗优化方面关注相对较少,优化程度不够彻底等等。
由于节能与流量工程对于流量优化的方向是尽量汇聚还是均匀存在矛盾,在网络拓扑、下载需求、种子节点等多方面均相同的情况下,Peer选择和流量分配可显著影响网络的可靠性和能耗。因此,P2P文件分享系统的运营管理方面亟需一种可灵活配置的方法,能够面对这种大规模问题快速给出路由和流量分配方案,并且需要有配套的部署方法,与现有协议相融合。
发明内容
本发明提供一种点对点内容分发的方法,使得P2P文件分享系统的运营管理可以灵活配置,在面对大规模问题快速给出路由和流量分配方案,兼顾网络能耗和链路鲁棒性。
本发明的技术方案提供了一种点对点内容分发的方法,包括以下步骤:
下载终端向ETE-TRACKER服务器发送文件下载请求;
ETE-TRACKER服务器作为OSPF服务器收集网络上的TE-LSA,获得网络拓扑和流量矩阵;
将剩余容量问题分配给ETE-TRACKER服务器,将可拆分子问题分配给端系统分布式求解;
ETE-TRACKER服务器求解剩余容量问题,端系统求解可拆分子问题,并合并发送给ETE-TRACKER服务器;
ETE-TRACKER服务器将计算结果传到SDN控制器,SDN控制器根据链路权重,通过发送Send-Packet消息部署到openflow交换机,openflow交换机返回确认消息;
端系统下载文件,传输文件给下载终端。
进一步地,剩余容量问题和可拆分子问题对应的模型为:
subject to:
其中,E表示相邻节点集,D表示下载需求集,cij表示直连节点i,j间的链路容量,表示直连节点i到j的第t个下载需求数据量,表示下载需求 t从节点s的需求数据量,dt表示需求t的数据总量,rij表示直连节点i到j 的剩余带宽容量,ψij表示链路权重,a、b为绿色因子。
进一步地,模型应用SDN架构和openflow协议。
进一步地,剩余容量问题为:
可拆分子问题为:subject to
进一步地,求解方式采用次梯度投影法。
进一步地,次梯度投影法进一步包括以下步骤:
步骤1、输入链路带宽上限cij,初始权重ω0,设置求解精确度tol,令k=0;
步骤2、对每条链路计算剩余带宽,rij=cij-fij;
步骤3、计算s.t.Aft=dt;得到流量
步骤4、更新ψ,其中γk是迭代步长,[x]+表示max(0,x),k=k+1;
步骤5、重复步骤2到步骤4直到gap(ψ(k),r(k),f(k))<tol,其中
采用本发明的技术方案,使得P2P文件分享系统的运营管理可以灵活配置,在面对大规模问题快速给出路由和流量分配方案,兼顾网络能耗和链路鲁棒性。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明实施例中点对点内容分发的流程图。
图2为本发明实施例中的工作时序图。
图3为本发明实施例中的网络拓扑示意图。
图4为本发明实施例中的a=0,b=1时邻接矩阵的示意图。
图5为本发明实施例中的a=0,b=1时网络拓扑及流量分配示意图。
图6为本发明实施例中的a=1,b=0时邻接矩阵的示意图。
图7为本发明实施例中的a=1,b=0时网络拓扑及流量分配示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的技术思想是以最优化理论为基础提出了一种能耗感知的流量工程跨层模型ETE-P2P(Energy-Aware Traffic Engineering P2P)。本模型以端系统及核心网路由器为优化对象,以overlay层的邻居选择及网络层的流量分配为手段,依靠近似的凸优化变换及业务端系统天然的分布式特征进行并行求解计算,对于此类超大规模问题具有较强的适应性。
图1为本发明实施例中点对点内容分发的流程图。如图1所示,本发明实施例中的点对点内容分发的流程包括以下步骤:
步骤101、下载终端向ETE-TRACKER服务器发送文件下载请求。
步骤102、ETE-TRACKER服务器作为OSPF服务器收集网络上的TE-LSA,获得网络拓扑和流量矩阵。
步骤103、将剩余容量问题分配给ETE-TRACKER服务器,将可拆分子问题分配给端系统分布式求解。
其中,剩余容量问题和可拆分子问题对应的模型为:
subject to:
其中,E表示相邻节点集,D表示下载需求集,cij表示直连节点i,j间的链路容量,表示直连节点i到j的第t个下载需求数据量,表示下载需求 t从节点s的需求数据量,dt表示需求t的数据总量,rij表示直连节点i到j 的剩余带宽容量,ψij表示链路权重,a、b为绿色因子。
该模型应用SDN架构和openflow协议。
该模型可以分解为剩余容量问题和可拆分子问题。
剩余容量问题为:
可拆分子问题为:subject to
步骤104、ETE-TRACKER服务器求解剩余容量问题,端系统求解可拆分子问题,并合并发送给ETE-TRACKER服务器。
求解方式采用次梯度投影法,进一步包括以下步骤:
步骤1、输入链路带宽上限cij,初始权重ω0,设置求解精确度tol,令k=0;
步骤2、对每条链路计算剩余带宽,rij=cij-fij;
步骤3、计算s.t.Aft=dt;得到流量
步骤4、更新ψ,其中γk是迭代步长,[x]+表示max(0,x),k=k+1;
步骤5、重复步骤2到步骤4直到gap(ψ(k),r(k),f(k))<tol,其中
步骤105、ETE-TRACKER服务器将计算结果传到SDN控制器,SDN控制器根据链路权重,通过发送Send-Packet消息部署到openflow交换机,openflow 交换机返回确认消息。
步骤106、端系统下载文件,传输文件给下载终端。
下面详细描述本发明实施例的具体实现方案。
首先,提供了一种针对大规模P2P文件分享系统流量和路由分配的解决方法,模型如下:
subject to:
目标函数中左侧第一项为单纯的可靠性优化模型,沿用了传统流量工程中最小化最大链路利用率的建模思想,使网络中各条链路上的流量分摊均匀。在节能最优方面由目标函数的第二项表示,物理意义即上文所述的让尽量多的链路和板卡休眠,流量相对汇聚。
其中,模型变量含义见下表:
是流量工程建模中常见的流量平衡方程,即出流量减入流量,不同角色的节点,取值具有如下特征:对于任何非边缘端系统的节点而言(即路由器节点),由于其只转发数据,自身既不需要下载也不提供文件给其他节点下载,因此是随拓扑确定下来的已知参量;对于供出流量的种子节点而言,表示其供出的文件分片的流量,对于下载文件的边缘节点而言,表示其下载的流量,由于其只有净流入的数据,
表示某一个下载需求从若干种子节点上下载的所有部分总和为需求文件的大小。
引入剩余带宽rij和拉格朗日乘子,经优化对偶后,模型变为:
subject to:
上述问题,可以去耦合拆分为两个独立问题如下:
剩余容量问题:
可拆分子问题:subject to
该模型可基于BT部署,如图2所示,模型应用SDN架构和openflow协议。
模型求解算法步骤如下:
下载终端向ETE-TRACKER服务器发送文件下载请求,文件大小dt, ETE-TRACKER服务器作为OSPF服务器收集网络上的TE-LSA,获得网络拓扑和流量矩阵。
将主问题,即剩余容量问题,分配给ETE-TRACKER服务器,子问题,即可拆分子问题分配给端系统分布式求解。求解方式采用次梯度投影法,如下所示:
1)输入链路带宽上限cij,初始权重ω0,设置求解精确度tol,令k=0;
2)对每条链路计算剩余带宽,rij=cij-fij;
3)计算s.t.Aft=dt;得到流量
4)更新ψ,其中γk是迭代步长,[x]+表示 max(0,x),k=k+1;
5)重复2,3,4直到gap(ψ(k),r(k),f(k))<tol,其中
将结果上传到ETE-TRACKER服务器,ETE-TRACKER服务器将计算结果传到 SDN控制器,SDN控制器以ψ作为链路权重,通过发送Send-Packet消息部署到openflow交换机。
openflow交换机返回确认消息(Packet-in消息)。
端系统下载文件,传输文件给下载终端。
下面以简单示例进行说明,网络拓扑由一台SDN控制器、5台open-flow 交换机和4台端系统组成,如图3所示,1号端系统和3号端系统分别需要P2P 下载文件1和文件2,其中文件1的种子节点为端系统2、4两台,文件2的种子节点为端系统1和2两台。文件1和2的大小均为10个单位。
设置调节因子a=0,b=1(此时只考虑让工作节点最少),输入链路带宽上限cij=20,初始各链路ψij=1/cij=0.05,设置子问题求解精确度tol=0.1,迭代步长γk=1,令k=0,端系统向服务器发送下载请求,d1=10,d2=10。
服务器求解主问题,端系统根据子问题求解算法进行求解,解得ψ。ψ由 SDN控制器作为链路权重发送到openflow交换机。则可得到流量分配邻接矩阵如图4所示(终端1-4和openflow交换机1-5依次编号,由于只有相邻节点间可能有数据传输,矩阵易稀疏);
端系统2、4回应端系统1,端系统1、2回应端系统3,开始下载文件并传输,网络拓扑及流量分配如图5所示。
调整调节因子,a=1,b=0(此时只考虑最小化最大链路利用率),仍同上述步骤求解,得到流量分配矩阵如图6所示,网络拓扑及流量分配如图7所示。
采用了上述技术方案,使得P2P文件分享系统的运营管理可以灵活配置,在面对大规模问题快速给出路由和流量分配方案,兼顾网络能耗和链路鲁棒性。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (6)
1.一种点对点内容分发的方法,其特征在于,包括以下步骤:
下载终端向ETE-TRACKER服务器发送文件下载请求;
ETE-TRACKER服务器作为OSPF服务器收集网络上的TE-LSA,获得网络拓扑和流量矩阵;
将剩余容量问题分配给ETE-TRACKER服务器,将可拆分子问题分配给端系统分布式求解;
ETE-TRACKER服务器求解剩余容量问题,端系统求解可拆分子问题,并合并发送给ETE-TRACKER服务器;
ETE-TRACKER服务器将计算结果传到SDN控制器,SDN控制器根据链路权重,通过发送Send-Packet消息部署到openf low交换机,openf low交换机返回确认消息;
端系统下载文件,传输文件给下载终端。
2.根据权利要求1所述的一种点对点内容分发的方法,其特征在于,剩余容量问题和可拆分子问题对应的模型为:
subject to:
其中,E表示相邻节点集,D表示下载需求集,cij表示直连节点i,j间的链路容量,表示直连节点i到j的第t个下载需求数据量,表示下载需求t从节点s的需求数据量,dt表示需求t的数据总量,rij表示直连节点i到j的剩余带宽容量,ψij表示链路权重,a、b为绿色因子。
3.根据权利要求2所述的一种点对点内容分发的方法,其特征在于,模型应用SDN架构和openf low协议。
4.根据权利要求2所述的一种点对点内容分发的方法,其特征在于,其中,
剩余容量问题为:
可拆分子问题为:subject to
5.根据权利要求4所述的一种点对点内容分发的方法,其特征在于,求解方式采用次梯度投影法。
6.根据权利要求5所述的一种点对点内容分发的方法,其特征在于,次梯度投影法进一步包括以下步骤:
步骤1、输入链路带宽上限cij,初始权重ω0,设置求解精确度tol,令k=0;
步骤2、对每条链路计算剩余带宽,rij=cij-fij;
步骤3、计算s.t.Aft=dt;得到流量
步骤4、更新ψ,其中γk是迭代步长,[x]+表示max(0,x),k=k+1;
步骤5、重复步骤2到步骤4直到gap(ψ(k),r(k),f(k))<tol,其中
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