CN1534944A - 针对基于cbt的层叠组播配置基于方向的基于核心的树 - Google Patents

Abstract

一种针对基于CBT的层叠组播配置基于方向的基于核心的树(CBT)的方法，所述方法包括：请求和接受想要向CBT订阅与向核心节点进行了预订的子节点有关的信息的任意终端节点；计算接收与所述子节点有关的信息的所述任意终端节点与所述核心节点和每个已接受子节点间的方向，与订阅请求消息一起向所述核心节点发送与具有最小结果数值的所述核心节点的子节点有关的信息；接收从所述终端节点发送过来的订阅请求信息和来自核心节点的子节点信息，并将相应子节点和终端节点的结果方向计算值与预订子节点之间的结果方向计算值进行比较，并响应其，允许终端节点向子节点或相应子节点的父节点进行订阅，以配置CBT；以及重新配置已配置的CBT。

Description

针对基于CBT的层叠组播配置基于方向的基于核心的树

相关申请的交叉引用

本申请要求2003年3月28日递交的韩国专利申请No.2003-19718的权益，这里将其全部公开一并作为参考。

技术领域

本发明涉及一种针对基于CBT层叠组播(overlay multicast)配置基于方向的基于核心的树(CBT)的方法。

背景技术

通常，在想要向几个接收机发送相同的信息时，用于通过组播只向加入了相应组播组的接收机发送数据的一对多的通信比单播，即一对一的通信更为有效，由于一对多的通信可以减少接收侧延迟时间、网络资源的使用和发射机的传输开销。

但是，在网络上执行的因特网协议(IP)组播中，必须按照组播路由算法，使用用于中继数据的组播路由器来配置网络。

因此，其缺点在于需要新的投资成本以便以组播路由器来代替传统的单播路由器。

另一方面，在因特网服务供应商(ISP)侧，由于缺乏组播服务收益模型而引起的低投资收益，以及在技术侧，由于在会话发起协议(SIP)之间通过组播业务的协商和策略、对传统单播业务的公正性以及仍不清楚的域内组播技术等，在ISP骨干网络中延迟了组播的引入。

与此同时，专用和本地组播请求快速增长，例如，使用因特网的公司广播和校园广播等。因此，需要基于当前单播网络的组播传输。

用于在终端节点中中继数据的层叠组播是一种针对基于单播网络的组播传输的方法。由于近来与存储器容量的增长和VDSL的扩展相一致的数据处理速度的快速增长以及的数据传输速度的快速增长等，终端节点执行对去往其他终端节点的数据的中继，从而可以期望有效的层叠组播。

图1A示出了使用组播路由器来执行因特网协议(IP)组播的网络结构，而图1B示出了使用单播路由器来执行层叠组播的网络结构。

层叠组播的基本概念是，代替在如图1A所示的、由组播路由器(MR1-MR4)组成的网络上执行组播，可以通过在如图1B所示的、由单播路由器(R1-R4)组成的网络中，在如节点B等终端节点(主机)中中继(在复制之后发送)分组，来执行基于单播的组播。即，终端节点可以起到组播路由器的作用。

与在图1A所示网络上执行的组播相比，在图1B所示的网络上执行的层叠组播增加了延迟时间或分组数，但其不需要组播路由器，因此基于传统的单播网络提供了相对有效的组播通信。

目前，正在对层叠组播协议距离矢量组播路由协议(DVMRP)、其上应用了组播路由协议的narada，在网络上安装散播(scattercast)代理以便在代理之间使用单播通信，以及CBT进行研究，

这种层叠组播的核心在于，利用包括在相同组播组中的终端节点，配置并维持有效分组传输的层叠树。

另一方面，对其上应用了共享树的CBT在扩展、控制消息的开销以及性能上比对其应用了组播路由协议的DVMRP更为有效。

即，CBT的缺点在于，业务汇集在核心节点，但其优点在于，对于组播成员的变化，产生相对较少的控制消息，以及在每个终端节点中所管理的信息量较少，而使其能够更好的扩展，并使其更容易实现。此外，由于与终端节点处理速度的提高和数据传输能力的提高成正比地增加了可中继子节点的数目来提升层叠组播的性能，从而使基于CBT的层叠树结构更为有效。

基于CBT的层叠组播基本上选择对于其节点到节点距离较近的节点作为父或子节点来配置CBT。在以CBT量度测量距离时，执行对去往CBT上所有节点的分组的中继过程，从而其相特定的链路或路由器重复传递分组，由此使汇集到相应链路或路由器上的业务不会拥塞。

通常，由于根据不具有拥塞控制机制的用户数据报协议(UDP)来操作组播，与传输控制协议(TCP)不同，即使在网络上产生拥塞时，仍然会向网络连续传输分组，而不会减少业务量。结果，其缺点在于，由于分组丢失，网络性能以及组播性能可能会恶化，而且可能引起对网络上的其他TCP连接不公平的问题。

以下的每个专利均公开了与本发明共有的特征，但均并未教益或提出在本申请中所公开的发明特征：2003年5月8日公开的、授予McCanne的美国专利公开No.2003/0088696，题为《PERFORMINGMULTICAST COMMUNICATION IN COMPUTER NETWORKS BYUSING OVERLAY ROUTING》；2003年10月16日公开的、授予Mane的美国专利公开No.2003/0195964，题为《MANAGING MULTICASTSESSIONS》；2003年10月2日公开的、授予Lee的美国专利公开No.2003/0185209，题为《SCALABLE IP MULTICAST WITH EFFICIENTFORWARDING CACHE》；2003年3月27日公开的、授予Maher等人的美国专利公开No.2003/0058857，题为《MULTICAST IP ZONESFOR FAST SPANNING TREE CONVERGENCE IN WIDE-AREAPACKET NETWORK SYSTEMS》；2003年1月2日公开的、授予Haas等人的美国专利公开No.2003/0005149，题为《INDEPENDENT-TREEAD HOC MULTICAST ROUTING》；2002年7月11日公开的、授予Garcia-Luna-Aceve等人的美国专利公开No.2002/0091846，题为《TREE-BASED ORDERED MULTICASTING METHOD》；2002年10月3日公开的、授予Khan等人的美国专利公开No.2002/0143951，题为《METHOD AND SYSTEM FOR MULTICAST TO UNICASTBRIDGING》；2003年9月23日颁布的、授予Boivie等人的美国专利No.6,625,773，题为《SYSTEM FOR MULTICASTCOMMUNICATIONS IN PACKET SWITCHED NETWORKS》；2003年8月26日颁布的、授予Farinacci等人的美国专利No.6,611,528，题为《HIERARCHICAL ROUTING KNOWLEDGE FOR MULTICASTPACKET ROUTING》；2001年11月20日颁布的、授予Crawley等人的美国专利No.6,321,270，题为《METHOD AND APPARATUS FORMULTICAST ROUTING IN A NETWORK》；2000年6月20日颁布的、授予Farinacci等人的美国专利No.6,078,590，题为《HIERARCHICALROUTING KNOWLEDGE FOR MULTICAST PACKET ROUTING》；以及2003年8月26日颁布的、授予McCanne的美国专利No.6,611,872，题为《PERFORMING MULTICAST COMMUNICATION INCOUPUTER NETWORKS BY USING OVERLEY ROUTING》。

发明内容

因此，考虑到上述问题，提出本发明，以及本发明的目的是提供一种针对基于CBT的层叠组播配置基于方向的CBT的方法，所述方法能够解决业务汇集到特定路由器和链路上的问题。

依照本发明的一个方面，通过提供一种针对基于CBT的层叠组播配置基于方向的CBT的方法可以实现上述和其他目的，所述方法包括：请求和接受想要向CBT订阅与向核心节点进行了预定的子节点有关的信息的任意终端节点；计算接收与所述子节点有关的信息的所述任意终端节点与所述核心节点和每个已接受子节点之间的方向，与订阅请求消息一起向所述核心节点发送与具有最小结果数值的所述核心节点的子节点有关的信息；由所述核心节点接收从所述终端节点发送过来的订阅请求信息和子节点信息，并将相应子节点和终端节点的结果方向计算值与预定子节点之间的结果方向计算值进行比较，从而根据比较结果，允许终端节点向子节点或相应子节点的父节点进行订阅，以配置CBT；以及允许核心节点和终端节点向和从父、子和兄弟节点周期性地发送和接收hello分组，以确认相应节点的状态，并根据所确认的状态重新配置已配置的CBT。

如上所述，本发明分析从核心节点传向每个节点的分组的传输转发方向，以选择具有与CBT中的父或子节点具有相同转发方向的节点，从而解决基于距离量度的CBT中的返回问题。

附图说明

通过以下结合附图而进行的详细描述，将更为清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1A是示出了用于使用组播路由器来执行因特网协议(IP)组播的网络结构的视图；

图1B是示出了用于使用单播路由器来执行层叠组播的网络结构的视图；

图2是示出了由包括在相同组播组中的节点构成的网络拓扑的视图；

图3A到3D是用于描述在图2所示的网络拓扑中，根据具有核心节点C0的基于距离量度的CBT，按照节点a、b和h的顺序进行订阅的情况的视图；

图4是示出了图3C所示的CBT中的组播分组的中继路径的视图；

图5A是示出了由节点C0、a、b、h和h1构成的基于距离量度的CBT的结构的视图；

图5B是示出了在图5A所示的网络中的每个链路和路由器上所处理的分组数的曲线图；

图6A到6D是示出了基于核心节点的两个相邻节点间的位置关系的视图；

图7A到7C是根据描述按照本发明典型实施例，根据具有核心节点C0的基于方向量度的CBT，按照节点a、b和h的顺序进行订阅的情况的视图；

图8是示出了在按照本发明典型实施例的基于方向量度的CBT中的组播分组的中继路径的视图；

图9A和9B是用于描述按照本发明典型实施例，根据具有核心节点C0的基于方向量度的CBT，按照节点a、b、h和h1的顺序进行订阅的情况的视图；

图10是示出了环形拓扑网络的结构的视图；

图11A和11B是示出了针对表2的第一试验的基于距离量度的CBT的结构和按照本发明典型实施例的基于方向量度的CBT的视图；

图12是比较与图11A和11B中的终端节点相连的每个路由器上所处理的分组数的曲线图；

图13A和13B是示出了平均处理分组数的曲线图，作为以在第一试验中每个节点向CBT订阅的情况来进行试验的结果；

图14是示出了线形拓扑网络的结构的视图；

图15A和15B是示出了平均处理分组数的曲线图，作为以在第二试验中每个节点向CBT订阅的情况来进行试验的结果；

图16是示出了星形拓扑网络的结构的视图；以及

图17A和17B是示出了平均处理分组数的曲线图，作为以在第三试验中每个节点向CBT订阅的情况来进行试验的结果。

具体实施方式

图2示出了由包括在相同组播组中的节点构成的网络拓扑的示例，其中每个节点按照节点a、b、h和h1的顺序进行订阅。

参照图2，核心节点C0通过链路#1连接到路由器R1，以及节点a通过链路#2连接到路由器1 R1。路由器1 R1通过链路#3连接到路由器3 R3，以及节点b通过链路#32连接到路由器3 R3。节点h通过链路#31连接到路由器3 R3，以及节点h1通过链路#33连接到路由器3 R3。

图3A到3D是用于描述在图2所示的网络拓扑中，根据具有核心节点C0的基于距离量度的CBT，按照节点a、b和h的顺序进行订阅的情况的视图。

图3示出了在图2所示的网络中，根据具有核心节点C0的基于距离量度的CBT，按照节点a、b和h的顺序进行订阅的情况下，每个节点到节点的距离。核心节点C0和节点a之间的距离是3，核心节点C0和节点b之间的距离是9，节点a和节点h之间的距离是4，节点h和节点b之间的距离是8，以及节点a和节点b之间的距离是10。

也就是，由于核心节点C0经过链路#1通过路由器1 R1，然后经过链路#2连接到节点a，当累计链路#1的距离1和链路#2的距离2时，总距离为3。

由于核心节点C0经过链路#1通过路由器1 R1，然后，经过链路#3通过路由器3 R3，最后，经过链路#32连接到节点b，当累计链路#1的距离1、链路#3的距离1和链路#32的距离7时，总距离为9。

由于节点a经过链路#2通过路由器1 R1，然后通过经过链路#3路由器3 R3，最后，经过#31连接到节点h，当累计链路#2的距离2、链路#3的距离1和链路#31的距离1时，总距离为4。

由于节点h经过链路#31通过路由器3 R3，然后，经过链路#32连接到节点b，当累计链路#32的距离7和链路#31的距离1时，总距离为8。

由于节点a经过链路#2通过路由器1 R1，然后经过链路#3通过路由器3 R3，最后，经过链路#32连接到节点b，当总计链路#2的距离2、链路#3的距离1和链路#32的距离7时，总距离为10。

这里，所述节点到节点距离采用针对询问和响应的交换的端到端延迟时间。

参照图2和图3A，如图3B所示，在核心节点C0的可中继(可容纳)子节点的数量为2的情况下，首先，在节点a和b进行订阅的状态下，由于节点h和节点a间距离为4并且节点h和节点b间距离为8，选择节点a作为针对订阅的父节点，以配置图3C所示的CBT。

图3D示出了在从核心节点到整个CBT中继一个组播分组的处理中，在每个链路和路由器上所处理的分组数。

也就是说，由于图2的网络拓扑具有如图3A所示的距离，当配置如图3B和图3C所处理的基于距离的CBT时，在每个链路和路由器上处理的分组的数量如下。

为了将分组从核心节点C0传输到每个节点a、b和h，可以将分组从核心节点传输到节点a和节点b，然后通过节点a中继分组，到节点h。

也就是说，参照图2，描述了从核心节点C0到节点a的分组传输路径，绘出了从核心节点C0到节点a的路径，经过链路#1通过路由器1 R1，然后经过链路#2(链路#1、R1、链路#2)。

描述了从核心节点C0到节点b的分组路径，绘出了从核心节点C0到节点b的分组路径，经过链路#1通过路由器1 R1，然后经过链路#3通过路由器3 R3，最后，经过链路#32。(链路#1，R1，链路#3，R3，链路#32)。

描述了从节点a到节点h的分组传输路径，绘出了从节点a到节点h的分组路径，经过链路#2通过路由器1 R1，然后经过链路#3通过路由器3 R3，最后经过链路#31(链路#2，R1，链路#3，R3，链路#31)。

因此，按照每个链路或路由器计算分组通过次数，链路#1两次，路由器1 R1三次，链路#2两次，链路#3两次，路由器3 R3两次，链路#31一次，以及链路#32一次。

即，为了向整个CBT传送N个组播分组，在路由器1 R1上，处理3*N个分组。

分组汇集在路由器1 R1上而不是其他链路或路由器的原因在于，如图4所示，与从第一层次节点C0通过路由器1 R1向节点a和节点b中继分组的路径(实线箭头)相比，从第二层次节点a向节点h中继分组的路径(虚线箭头)通过路由器1 R1返回。

即，如实线箭头所示，当从核心节点C0向节点a和节点b进行中继时，每个分组必须通过路由器1 R1一次，而且如虚线箭头所示，即使在从节点a向节点b进行中继时，分组必须通过路由器1 R1和路由器3 R3，总共通过路由器1 R1三次。

图5A示出了按照图2所示的网络拓扑，由节点C0、a、b、h和h1构成的基于距离量度的CBT的结构。节点h1选择节点a作为订阅的父节点。图5B是示出了在图5A所示的网络中的每个链路和路由器上所处理的分组数的曲线图。参照图5B，链路#1处理两个分组，路由器1 R1处理四个分组，链路#2处理三个分组，链路#3处理三个分组，路由器3 R3处理三个分组，链路#31处理一个分组，链路#32处理一个分组，以及链路#33处理一个分组。

即，由于图2A所示的网络拓扑具有如图3A所示的距离，当配置具有如图5A所示的处理的基于距离的CBT时，在每个链路和路由器上所处理的分组数如下。

为了从核心节点C0向每个节点a、b、h和h1传送分组，可以从核心节点向节点a和节点b传送分组，然后，通过节点a对分组进行中继，向节点h和h1传送。

即，描述了从核心节点C0到节点b的分组传输路径，绘出了从核心节点C0到节点b的路径，经过链路#1通过路由器1 R1，然后经过链路#3通过路由器3 R3，最后，经过链路#32(链路#1，R1，链路#3，R3，链路#32)。

描述了从节点a到节点h的分组传输路径，绘出了从节点a到节点h的分组路径，经过链路#2通过路由器1 R1，然后经过链路#3通过路由器3 R3，最后，经过链路#31(链路#2，R1，链路#3，R3，链路#31)。

描述了从节点a到节点h1的分组传输路径，绘出了从节点a到节点h1的分组路径，经过链路#2通过路由器1 R1，然后经过链路#3通过路由器3 R3，最后经过链路#33(链路#2，R1，链路#3，R3，链路#33)。

因此，按照每个链路和路由器，计算分组通过次数，链路#1两次，路由器1 R1四次，链路#2三次，链路#3三次，路由器3 R3三次，链路#31一次，链路#32一次，链路#33一次。

如图5A和图5B所示，当通过路由器1 R1的返回次数由于新的节点订阅而增加时，在路由器1 R1上可能引起拥塞问题。

如上所述，基于距离量度的CBT具有由于订阅顺序而产生拥塞问题的缺点。特别是，在连接到核心节点的路由器或链路上产生拥塞的情况下，如路由器1 R1，可能会给整个CBT以致命的打击。

如上所述，在传统的基于距离量度的CBT中的缺点是由于以下原因而引起的：仅简单地利用节点到节点距离来选择父或子节点，以配置CBT，而没有考虑向树中的次(子)节点传输的组播分组的中继路径。

首先，将定义根据本发明实施例的基于方向量度的CBT的属性。

表1示出了根据本发明实施例的基于方向量度的CBT的已定义属性。

                       <表1>

符号	描述
		C(x)	节点x的子节点集合
num(C(x))	节点x的子节点数
		max(C(x))	节点x所能容纳(中继)的最大子节点数
Pi(x)	节点x的第i个先辈节点(i＞0)
		dist(x，y)	节点x与节点y之间的距离
C0	核心节点
		h	想要向CBT订阅的新节点
Nx，Ny	已经向CBT订阅了的节点
		p(x，y)	节点x和节点y之间，与核心节点相邻的节点p(x，y)″x，ifdist(C0，x)＜dist(C0，y)
c(x，y)	节点x和节点y之间，远离核心节点的节点p(x，y)″y if dist(C0，x)＜dist(C0，y)
		atan()	以弧度值计算反正切值
sqrt()	返回平方根数值
		PI	Pi(ǒ)值(3.1415926)
WhoisChild(x)	向节点x请求与x的子节点有关的信息
		Direction(x，y)	计算节点x与节点y之间的方向值

参照表1，“C(x)”是节点x的子节点集合，“num(C(x))”是节点x的子节点数，max(C(x))是节点x所能容纳(中继)的最大子节点数，“Pi(x)”是节点x的第i个先辈节点(i＞0)。“dist(x，y)”表示节点x和节点y间的距离，“C0”表示核心节点，“h”表示想要向CBT进行订阅的新节点，“Nx”和“Ny”表示向CBT进行了预订的节点。

“p(x，y)”表示在节点x和节点y之间与核心节点相邻的节点，例如，当核心节点和节点x间的距离(dist(C0，x))小于核心节点和节点y间的距离(dist(C0，y))时，P(x，y)变为x。

另一方面，“c(x，y)”表示在节点x和节点y中远离核心节点的节点，如，核心节点到节点x的距离(dist(C0，x))小于核心节点到节点y的距离(dist(C0，y))，c(x，y)为y。“atan()”表示计算以弧度值表示的反正切值。“sqr()”表示平方根返回值，“PI”表示pi(p)值(3.1415926)，“WhoisChild(x)”表示向节点x请求与其子节点x有关的信息。“direction(x，y)”表示计算节点x和节点y之间的方向值。

图6A到6D示出了根据本发明实施例的基于核心节点的两个相邻节点间的位置关系。

图6A示出了具有核心节点C0、节点a1和节点a2的顺序的连接，图6B示出了具有节点a1、核心节点C0和节点a2的顺序的连接。如图6C和图6D所示，可以假定三角形以与核心节点相邻的两个节点间的距离作为一个边。三角形的内角和外角以及高用于获得在节点间进行中继的分组的转发方向。

根据本发明实施例，可以将方向计算方法描述如下：

程序：direction(a1，a2)

hc″dist(C0，c(a1，a2))

ac″dist(C0，p(a1，a2))

ha″dist(a1，a2)

return 4

else if(ac+ha#hc)

return 0

end if

x″((hc*hc)+(ac*ac)-(ha*ha))/(2*hc)

y″sqrt(ac*ac-x*x)//计算高

if(x＞0)

á″atan(y/x)*(180/PI)

else

á″180-atan(y/-x)*(180/PI)//将弧度值转换为角度

end if

//dirction(a1，a2)的结果值

也就是说，假定在节点a1和节点a2中远离核心节点C0的节点与核心节点间的距离对应于“hc”，在节点a1和节点a2中与核心节点C0接近的节点与核心节点C0间的距离对应于“ac”，节点a1和节点a2间的距离对应于“ha”。

首先，如图6A所示，在表达式“ac+ha#hc”的情况下，输出返回值0，如图6B所示，在表达式 的情况下，输出返回值4。

另一方面，在图6C或6D中，表达式“((hc*hc)+(ac*ac)-(ha*ha))/(2*hc)”为x，并且表达式“sqrt(ac*ac-x*x)”为y，以计算高度(y)。

如图6C所示，当“x＞0”时，则“atan(y/x)*(180/PI)”等于a，以及如图6D所示，当“x＜0”时，则“180-atan(y/-x)*(180/PI)”等于a，将弧度值转换为角度。

然后，“atan(y/x)*(180/PI)”等于

而 等于 返回 作为“direction(a1，a2)”的结果值。

从上面所清楚的是，本发明将在方向计算算法中所计算的方向值用作代替距离的新量度，以配置CBT。也就是说，两个节点间的方向值逐渐变小并将把分组从核心节点传输到两个节点的转发方向看作同一事物，以选择两个节点作为父或子节点。通过这种方式，可以减少返回到路由器1 R1的次数。

核心节点选择方法是一种被动方法。还存在一种引导(bootstrap)机制的方法等，但是为了方便地实现本发明，设计核心节点并假定加入组的所有节点通过设置或具有与识别核心节点的节点有关的信息来识别核心节点。

图7A到7C、图8、图9A和9B是用于描述根据按照本发明典型实施例的基于方向量度的CBT的视图，为了与传统的基于距离的CBT比较，下面描述了按照图2所示的网络拓扑，按照节点a、b、h和h1的顺序对基于方向的CBT进行订阅的情况。

因此，每个图所示的节点到节点距离表示了图2所示的网络拓扑和图3A所示的节点到节点距离。在图3A中已经对所述节点到节点距离进行了描述。

图7A表示在节点h订阅前的CBT，图7B表示在节点h订阅后的CBT，而图7C表示针对一个组播分组、在每个链路和路由器上所处理的分组数。

在想要订阅的节点h从其中最大可中继子节点数为2的核心节点C0处获得与核心节点的子节点a和b有关的信息之后，针对节点a和b，计算前述方向值“direction(h，a)[214.09]”和“direction(h，b)[41.37]”。

节点h向节点b传输包括关于小方向值的信息的CBT订阅请求消息，以向第一层次的父节点的核心节点C0请求订阅。核心节点C0将所接收到的CBT订阅请求消息的direction(h，b)的值与通过周期性的hello消息而接收到的给定节点之间的direction(a，b)的值[71.57]进行比较。结果，“[direction(h，b)＜direction(a，b)]”表示从节点h到节点b中继分组的路径是用于避免前述返回现象的有效路径。

因此，核心节点C0允许节点h订阅新的子节点，以及通过传输刷新消息(flush message)，请求给定的子节点b重新订阅新的父节点h。根据此请求，节点b订阅第二层次的父节点h，以配置图7B所示的CBT。

图7C表示在每个链路和路由器上所处理的分组数。在图中，实线表示根据本发明的基于方向的CBT配置的结果，而虚线表示传统的基于距离的CBT配置的结构。参照图7C，描述了本发明的结果，如实线所示，链路#1处理两个分组，路由器1 R1处理两个分组，链路#2处理一个分组，链路#3处理一个分组，路由器3 R3处理两个分组，链路#31处理两个分组，并且链路#32处理一个分组。

也就是说，参照图2和7B，描述了从核心节点C0到节点a的分组传输路径，绘出了从核心节点C0到节点a的路径，经过链路#1通过路由器1 R1，然后经过链路#2。(链路#1，R1，链路#2)

描述了从核心节点C0到节点h的分组传输路径，绘出了从核心节点C0到节点h的路径，经过链路#1通过路由器1 R1，然后，经过链路#3通过路由器3 R3，最后，经过链路#31。(链路#1，R1，链路#3，R3，链路#31)

描述了从节点h到节点b的分组传输路径，绘出了从节点h到节点b的路径，经过链路#31通过路由器3 R3，然后，经过链路#32。(R3，链路#31，链路#32)

因此，按照每个链路或路由器，计算分组通过次数，链路#1两次，路由器1 R1两次，链路#2一次，链路#3一次，路由器3 R3两次，链路#31一次，以及链路#32一次。在图7C中以实线示出。

相反，将由传统的基于距离的CBT得到的结果与每个链路或路由器的分组通过次数进行比较，如图7C中虚线所示，其中，链路#1两次，路由器1 R1三次，链路#2两次，链路#3两次，路由器3 R3两次，链路#31一次，以及链路#32一次。在图3D中已经对传统的基于距离的CBT所得到的结果进行了描述。

图8示出了在图2所示网络拓扑中，在按照本发明实施例的基于方向量度的CBT中的组播分组的中继路径的视图。实线表示从节点C0到节点a、h的中继路径，而虚线表示从节点h到节点b的中继路径。将其与图4所示的传统的基于距离的CBT中的组播分组的中继路径进行比较。

即，由于对于N个组播分组并未引起传统的基于距离量度的CBT的返回现象，在路由器R1上，只处理了2*N个分组，而不是3*N个分组。尽管增加了在链路31上处理的分组数，结果，仍然可以减少传统的基于距离量度的CBT的缺点，即，在如与核心节点相连的路由器等特定路由器或链路上的分组汇集现象。

图9A表示在图2所示的网络拓扑中、按照本发明的由节点C0、a、b、h和h1构成的基于方向量度的CBT，而图9B示出了在图9A所示的网络中的每个链路和路由器上所处理的分组数。参照图9B，链路#1处理两个分组，路由器1 R1处理两个分组，链路#2处理一个分组，链路#3处理一个分组，路由器3 R3处理三个分组，链路#31处理三个分组，链路#32处理一个分组，以及链路#33处理一个分组。

即，参照图2和图9A描述了从核心节点C0到节点a的分组传输路径，绘出了从核心节点C0到节点a的路径，经由链路#1通过路由器1 R1，然后经由链路#2。(链路#1，R1，链路#2)

描述了从核心节点C0到节点h的分组传输路径，绘出了从核心接地那C0到节点b的路径，经由链路#1通过路由器1 R1，然后经由链路#3通过路由器3 R3，最后经由链路#31传递。(链路#1，R1，链路#3，R3，链路#31)

描述了从节点h到节点b的分组传输路径，绘出了从节点h到节点b的路径，经由链路#31通过路由器3 R3，然后经由链路#32传递。(R3，链路#31，链路#32)

描述了从节点h到节点h1，绘出了从节点h到节点h1的路径，经由链路#31通过路由器3 R3，然后经由链路#33传递。(R3，链路#31，链路#33)

因此，按照每个链路或路由器计算分组通过次数，链路#1两次，路由器1 R1两次，链路#2一次，链路#3一次，路由器3 R3两次，链路#31三次，链路#32一次，以及链路#33一次。在图9B中以实线示出这些情况。

相反，将由传统的基于距离的CBT得到的结果与每个链路或路由器的分组通过次数进行比较，如图9B中虚线所示，其中，链路#1两次，路由器l R1四次，链路#2三次，链路#3三次，路由器3 R3三次，链路#31一次，链路#32一次，以及链路#33一次。这在图5B中已经进行了描述。

可以如下表示按照本发明的基于方向量度的CBT订阅算法：

程序：JoinCBT(h)

Pi(h)″C0

C(Pi(h))″WhoisChild(Pi(h))

Find Ny s.t，direction(h，Ny)＜direction(h，Nx)，Nx，Ny 0 C(Pi(h))

Find Nx，Nz s.t，direction(Nx，Ny)＜direction(Nw，Nx)，

         Nv，Nw，Nx，Ny 0 C(Pi(h))

if(direction(h，Ny)＞direction(Nx，Nz))

      h Join C(Pi(h))

      c(Nx，Nz)Quit C(Pi(h))

     c(Nx，Nz)Join C(p(Nx，Nz))

      return

else

      if(p(h，Ny)＝＝h)

             h Join C(Pi(h))

             Ny Quit C(Pi(h))

              Ny Join C(h)

             return

      else

              Increment i，Pi(h)″Ny

             C(Pi(h))″WhoisChild(Pi(h))

      end if

end if

end while

h Join C(Pi(h))

对此算法的详细描述如下：

Pi(h)″C0

       C(Pi(h))″WhoisChild(Pi(h))//

Pi(h)″C0：当任意节点h想要向CBT进行订阅时，将第0个父节点作为核心节点C0。

C(Pi(h))″WhoisChild(Pi(h))：节点h请求来自核心节点C0的与核心节点C0的子节点有关的信息，以向核心节点C0的子节点输入与接收到的子节点有关的信息。

$\mathrm{while}\left(\mathrm{num}\right(C\left(\mathrm{Pi}\right(h\left)\right))\&Exists;\max (C\left(\mathrm{Pi}\right(h\left)\right)):$ 当核心节点C0的子节点 数多于可以容纳的最大子节点数时，则执行以下程序。

Find Ny s．t，direction(h，Ny)＜direction(h，Nx)，Nx，Ny 0 C(Pi(h))：计算节点h与任意节点(节点Ny和Nx)之间的方向，以找出与节点h最接近的节点(Ny)。

Find Nx，Nz s.t，direction(Nx，Ny)＜direction(Nw，Nx)：从核心节点的子节点中，找出彼此具有最远方向的节点。

if(direction(h，Ny)＞direction(Nx，Nz))：确定想要进行订阅的节点h与和节点h最接近的节点Ny的方向是否大于核心节点的子节点中的最远节点的方向。

h Join C(Pi(h))：如果这样，由于彼此间没有关系，应当向子节点订阅节点h。

c(Nx，Nz)Quit C(Pi(h))：应当从核心节点中撤销核心节点的子节点Nx和Ny中距核心节点最远的节点。

c(Nx，Nz)Join C(p(Nx，Nz))：在节点Nx和Ny中，应当向与核心节点最接近的节点的子节点订阅已撤销节点。

否则

if(p(h，Ny)＝＝h)：如果在节点h与Ny之间与核心节点接近的节点是节点h，

h Join C(Pi(h))：允许节点h向核心节点的子节点进行订阅

Ny Quit C(Pi(h))：从核心节点的子节点中撤销节点Ny

Ny Join C(h)：应当向核心节点的子节点订阅节点Ny。

Increment i，Pi(h)″Ny

C(Pi(h))″WhoisChild(Pi(h))：增加层次，以再次执行对节点Ny的订阅程序。

接下来，将描述CBT的重新配置。

在任意节点向CBT进行订阅之后，任意节点向和从兄弟节点和父节点周期性地发送和接收hello分组，从而可以确认父节点、子节点和兄弟节点的状态。当在预定的时间内未接收到hello分组时，假定在对方中发生了错误。

描述了与兄弟节点之间hello分组的传输和接收，与兄弟节点之间周期性地交换并分析具有与最近接收到的组播分组有关的传输号信息的hello分组，以确认与兄弟节点之间的计算方向值和与父节点之间的通信错误。作为确认的结果，当在与父节点的通信中发现暂时错误时，可以从具有最小方向值的兄弟节点中继并接收分组。如上所述，利用与兄弟节点的周期通信，在CBT中可以配置兄弟节点间的网状结构。

描述了与父节点之间的hello分组的传输和接收，向父节点周期性地发送与最近接收到的组播分组的传输号有关的信息、与兄弟节点的方向信息以及在存在子节点的情况下与子节点的方向信息。与此同时，从父节点接收与兄弟节点有关的信息和与叔节点有关的信息。

当叔节点具有比父节点更小的方向值时，重新订阅叔节点，并撤销先前的父节点。

另一方面，当对通过与兄弟节点交换hello分组而接收到组播分组的传输号进行比较并确定组播分组具有比兄弟节点更小的传输号时，假定在与父节点之间的链路上发生了错误，并请求兄弟节点提供分组中继。当在预定的时间内未从父节点接收到hello分组或者在父节点中保持链路错误时，重新订阅祖父节点(图中的Pi(h)，i＝i-1)。

另一方面，当在预定的时间内未从子节点接收到hello分组时，假定在子节点中发生了错误，并在预定的时间内保持等待状态，以便孙节点重新订阅。如果当前子节点数少于可容纳子节点数，对从子节点接收到的孙节点的方向与子节点的方向进行比较，以重新订阅代表了到子节点的最大方向值的孙节点，从而减少CBT的层次，并减少中继延迟时间。

如果这样，则执行本发明的基于方向量度的CBT层叠组播和传统的基于距离量度的CBT层叠组播，从而对在中继从核心节点到整个CBT的一个组播分组的程序中，对具有在相应路由器上汇集的分组的信息进行比较，以评估性能。

主要分为两种方式，计算与影响了整个CBT的性能的核心节点相连的路由器的处理分组数、以及除了核心节点以外处理了大多数分组的路由器的处理分组数，以评估性能。

表2到5表示在对CBT进行订阅的试验中的订阅节点和订阅顺序。

                                  <表2>

顺序	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											试验1	17	32	29	37	13	3	36	8	1	19
试验2	40	38	17	32	37	30	18	13	3	21
											试验3	16	6	24	10	3	30	29	28	2	1
试验4	28	31	15	1	8	33	40	10	20	7
											试验5	4	29	22	20	35	6	37	15	14	30

                                  <表3>

顺序	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
																试验1	25	27	39	35	33	20	1	8	34	7	23	36	26	31	5
试验2	12	24	10	16	1	22	31	34	35	9	38	13	25	17	33
																试验3	10	6	27	38	30	12	14	1	4	33	31	35	29	11	5
试验4	22	14	25	33	29	11	13	6	2	16	23	36	30	32	19
																试验5	4	6	19	11	22	39	5	23	13	38	14	33	21	27	7

                                        <表4>

顺序	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
																					试验1	7	23	13	2	17	40	25	9	30	16	34	6	14	5	33	32	37	11	39	35
试验2	25	6	10	37	14	28	20	12	18	36	27	9	38	8	40	29	35	22	24	11
																					试验3	3	12	18	2	19	7	5	15	28	36	26	37	39	8	35	31	4	23	38	20
试验4	34	22	4	17	15	27	6	5	21	35	36	7	23	38	31	37	28	2	9	29
																					试验5	23	27	4	8	20	36	18	17	14	39	38	26	12	5	19	1	29	37	24	33

                                         <表5>

顺序	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
																试验1	37	35	2	24	6	15	23	13	39	38	1	19	22	20	32
试验2	5	26	1	20	3	8	6	35	4	21	7	19	40	25	28
																试验3	21	9	40	17	10	12	4	1	6	34	2	5	29	32	7
试验4	29	23	12	21	1	9	13	26	5	34	11	20	14	15	38
																试验5	34	11	40	37	7	35	20	30	28	16	25	17	6	9	13
顺序	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
																试验1	26	12	11	16	7	10	33	17	40	34
试验2	33	34	11	39	17	18	16	30	9	10
																试验3	38	24	26	15	3	35	39	28	16	13
试验4	10	2	39	37	31	19	27	36	28	4
																试验5	5	15	29	39	38	36	8	2	14	33

执行试验程序，增加了以下网络中的组播组成员的数目。如表2到5所示，利用函数“rand()”可选地选择组成员节点，并且也可以按照可选的顺序向CBT进行订阅。针对各个数自的成员节点，重复五个试验，并得到重复试验的层叠组播的结果的平均值以用作试验的结果数值。

第一个试验是对环形拓扑网络的比较。

图10是示出了环形拓扑网络的结构的视图。在如图10所示的由41个路由器和终端节点构成的环形拓扑网络中，执行了以下试验：根据表2到5所示的顺序，10、15、20和25个终端节点向CBT进行订阅。

图11A示出了针对表2的第一试验的基于距离量度的CBT的结构，而图11B示出了按照本发明典型实施例的基于方向量度的CBT的示例。

参照图11A和11B，应当清楚的是，本发明的方向CBT的层次比传统的距离CBT的层次少一。因此，缩短了复制用于传输的分组的中继程序，从而能够以可能的最高速度发送分组。

图12是比较与图11A和11B中的终端节点相连的每个路由器上所处理的分组数的曲线图。在图中，虚线表示基于距离的CBT，而实线表示基于方向的CBT。参照图12，应当清楚的是，距离CBT具有汇集在其中核心节点与节点1相连的路由器中的分组。作为比较，方向CBT表示了相对不活动的已处理分组数。这是因为，在图11A所示的距离CBT中，每个节点的实际位置与CBT上的节点位置不一致，以通过从先前的核心节点向节点1传送分组的路径，将从节点1中继的分组返回给节点32和37。

图13A和13B是示出了平均处理分组数的曲线图，作为以在第一试验中每个节点向CBT订阅的情况来进行试验的结果。图13A表示由与核心节点相连的路由器上的订阅节点数所处理的平均分组数，而图13B表示由处理了最多分组的路由器的节点数所处理的平均分组数。

在图13A和13B的曲线图中，可以清楚的是，与距离CBT相比，在CBT方向中，在与核心节点相连的路由器上所处理的分组数减少了大约38％，而且处理了最大数量分组的路由器所处理的分组数也减少了大约10％。具体地，由于在与核心节点相连的路由器上所处理的分组数影响CBT的总体组播性能，可以期待更为稳定的组播通信。

第二个试验是对线形拓扑网络的比较。

图14是示出了线形拓扑网络的结构的视图。如图14所示的由41个路由器和终端节点构成的线形拓扑网络与第一个试验中相同。

图15A和15B是示出了平均处理分组数的曲线图，作为以在第二试验中每个节点向CBT订阅的情况来进行试验的结果。图15A表示由与核心节点相连的路由器上的订阅节点数所处理的平均分组数，图15B表示由处理了最大数量分组的路由器的节点数所处理的平均分组数。

参照图15A和15B，可以清楚的是，与距离CBT相比，在CBT方向中，在与核心节点相连的路由器上所处理的分组数减少了大约42％，而且处理了最大数量分组的路由器所处理的分组数也减少了大约10％。

第三个试验是对星形拓扑网络的比较。

图16是示出了星形拓扑网络的结构的视图。如图16所示的由41个路由器和终端节点构成的星形拓扑网络与第一个试验中相同。

图17A和17B是示出了平均处理分组数的曲线图，作为以在第三试验中每个节点向CBT订阅的情况来进行试验的结果。图17A表示由与核心节点相连的路由器上的订阅节点数所处理的平均分组数，图17B表示由处理了最大数量分组的路由器的节点数所处理的平均分组数。

参照图17A和17B，可以清楚的是，与距离CBT相比，在CBT方向中，在与核心节点相连的路由器上所处理的分组数平均减少了大约34％，而且同时，处理了最大数量分组的路由器所处理的分组数平均也减少了大约25％。结果，可以减少CBT的层次。

正如从上面的描述所清楚的那样，本发明提供了使用基于方向量度的CBT的层叠组播。如上所述，考虑到分组的中继转发方向创建CBT，解决了传统的基于距离量度的CBT中分组汇集到特定路由器上的缺点。

结果，可以减少在特定路由器中发生拥塞的可能性，以提供更为稳定的组播。

尽管出于描述性的目的，公开了本发明的典型实施例，本领域的技术人员应当清楚的是，在不偏离如所附权利要求所述的本发明的范围和精神的前提下，多种修改、添加和替换都是可能的。

Claims (12)

1、一种针对基于CBT的层叠组播来配置基于方向的基于核心的树(CBT)的方法，所述方法包括：

在要向CBT进行订阅的任意终端节点处，请求和接收与向核心节点进行预订的子节点有关的信息；

计算所述终端节点与每个子节点之间的方向，与订阅请求消息一起向所述核心节点传送与具有最小结果数值的子节点有关的信息；

在所述核心节点处，将相应子节点和终端节点之间的计算得到的方向与向核心节点进行预订的子节点之间的计算得到的方向进行比较，并依照比较结果，向子节点或相应子节点的父节点订阅所述终端节点，以配置CBT。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：在核心节点和终端节点处，向和从父节点、子节点和兄弟节点周期性地发送和接收hello分组，以确认相应节点的状态，并响应相应节点的确认状态，重新配置已配置的CBT。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于计算所述方向包括使用具有核心节点和与核心接近的两个任意节点之间的各个距离作为三角形的各个边的三角形的内角和外角和高。

4、按照权利要求3所述的方法，其特征在于计算所述方向包括使用以下公式：

direction＝(á+)*y

其中，三角形具有节点a1、C0和a2，C0是核心节点，a1和a2是任意节点，C0和a2形成了三角形的底边，“á”是由三角形的边C0a1和C0a2形成的内角；“”是由三角形的边C0a1和边a1a2形成的外角，“y”是三角形的高，以及“direction”是计算得到的方向。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于计算所述方向还包括：确定具有最小结果数值的子节点与终端节点对来自核心节点的分组具有相同的转发方向，将终端节点确定为子节点或相应子节点的父节点。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

当计算相应子节点和终端节点之间的方向的结果数值小于计算在核心节点处的预订子节点之间的方向的结果数值时，向核心节点的子节点订阅终端节点，并向预订子节点发送消息，以向终端节点的子节点进行重新订阅；以及

预订子节点响应该消息，从核心节点中撤销，并向终端节点的子节点进行订阅。

7、一种机器可读的程序存储装置，切实地实现了机器可执行的指令程序，以执行一种针对基于CBT的层叠组播来配置基于方向的基于核心的树(CBT)的方法，所述方法包括：

在要向CBT进行订阅的任意终端节点处，请求和接收与向核心节点进行了预订的子节点有关的信息；

计算所述终端节点与每个子节点之间的方向，与订阅请求消息一起，向所述核心节点发送与具有最小结果数值的子节点有关的信息；

在所述核心节点处，将相应子节点和终端节点之间的计算得到的方向与向核心节点进行预订的子节点之间的计算得到的方向进行比较，并依照比较结果，向子节点或相应子节点的父节点订阅所述终端节点，以配置CBT。

8、按照权利要求7所述的程序存储装置，其特征在于所述方法还包括：在核心节点和终端节点处，向和从父节点、子节点和兄弟节点周期性地发送和接收hello分组，以确认相应节点的状态，并响应相应节点的确认状态，重新配置已配置的CBT。

9、按照权利要求7所述的程序存储装置，其特征在于计算所述方向包括使用具有核心节点和与核心接近的两个任意节点之间的各个距离作为三角形的各个边的三角形的内角和外角和高。

10、按照权利要求9所述的程序存储装置，其特征在于计算所述方向包括使用以下公式：

direction＝(á+)*y

其中，三角形具有节点a1、C0和a2，C0是核心节点，a1和a2是任意节点，C0和a2形成了三角形的底边，“á”是由三角形的边C0a1和C0a2形成的内角；“”是由三角形的边C0a1和边a1a2形成的外角，“y”是三角形的高，以及“direction”是计算得到的方向。

11、按照权利要求7所述的程序存储装置，其特征在于计算方向还包括：确定具有最小结果数值的子节点与终端节点对来自核心节点的分组具有相同的转发方向，将终端节点确定为子节点或相应子节点的父节点。

12、按照权利要求7所述的程序存储装置，其特征在于：

当在核心节点处，计算相应子节点和终端节点之间的方向的结果数值小于计算预订子节点之间的方向的结果数值时，向核心节点的子节点订阅终端节点，并向预订子节点发送消息，以向终端节点的子节点进行重新订阅；以及

预订子节点响应该消息，从核心节点中撤销，并向终端节点的子节点进行订阅。

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