CN1845530A - 基于策略优化的流媒体资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于对等网络技术领域，其特征在于，依次含有以下步骤：请求节点向服务器发送本地私有信息通告，服务器通过网络内其他节点信息与该通告信息一起计算该节点在网络内的资源分配优先级，以该优先级做为请求节点对网络的贡献度并根据该贡献度来为请求节点分配具有相应质量的父节点；同时通过实时的收集节点私有信息的通告确认节点的存活并动态的维护，计算节点的资源分配优先级。本发明通过对节点价值的动态评价，提高了应用层流媒体服务中资源分配的公平性，并且鼓励各节点贡献更多的资源为其他节点服务，从而达到防止欺骗，提高网络总体性能的目标。

Description

基于策略优化的流媒体资源分配方法

技术领域

基于策略优化的流媒体资源分配方法属于对等网络协议设计技术领域。

背景技术

对等网络是一种点对点的分布式网络系统。利用对等网络，可以实现视频直播这样的应用，具有低成本、可扩展、灵活方便等特点。视频数据在对等节点之间直接传输，打破了传统的客户/服务器模式，每个节点既从其他节点获得数据，又为其他节点提供数据。而且区别于网络层组播，一个节点仅从一个父节点获取数据，所有节点组成一棵树型结构。在对等网络中，一个节点可以同时从多个节点接收数据，所有节点组成一个网络。但是在实际的应用层网络中所有的节点都是一个自私的个体，以流媒体服务为例，用户只关心自己能够获得稳定、连续的媒体数据，而并不关心其他用户是否能够正常的播放。所以如果用户在向服务器注册自己的时候对隐瞒诸如可用带宽等的本地实际信息，就能够让服务器尽量不给自己分配子节点，从而达到只享受服务而不向其他节点提供服务的目的。如何建立一种更加合理的流媒体资源分配方法，让各个节点自主的向服务器报告自己的真实本地信息，从而让全网总体性能得到提高。是本专利所解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于策略优化的更加合理的流媒体资源分配方法。

本发明的特征在于，它依次含有以下步骤：

步骤(1.)：在对等网络中的节点信息服务器在启动后针对处于同一应用层网络内的其他所有节点建立节点资源分配表，该资源分配表包括以下表项：节点ID、节点地址、节点最大可用带宽、节点超时次数以及节点资源分配优先级，其中，节点最大可用带宽是指所述节点能够用于向其他不包括所述节点信息服务器外的所有节点，提供多媒体服务的最大带宽；

步骤(2.)：位于该对等网络中的请求节点在启动时向所述节点信息服务器发送父节请求报文，其中包括以下私有信息：节点ID、节点地址、节点超时次数、本地最大可用带宽以及需要的父节点个数；

步骤(3.)：所述节点信息服务器在收到步骤(2)中请求节点发送的父节点请求报文后，依次按照以下步骤为请求节点分配相应的父节点：

步骤(3.1)：该节点信息服务器计算在该请求节点加入以前所有节点的最大可用带宽之和，所述最大可用带宽之和是指在请求节点加入以前的每一个节点所连接的所有父节点的可用带宽之和；

步骤(3.2)：该节点信息服务器计算在步骤(3.1)中所述的请求节点加入后的除请求节点以外的其他所有节点的最大可用带宽之和；

步骤(3.3)：该节点信息服务器分别计算步骤(3.1)、步骤(3.2)中所述的请求节点加入前后，该应用层网络的总体可用带宽之差，即该请求节点加入后的网络总体可用带宽减去在该节点加入以前网络总体可用带宽，并以此作为该请求节点的资源分配优先级；

步骤(3.4)：该节点信息服务器把步骤(3.3)得到的请求节点资源分配优先级以及包括该节点最大可用带宽在内的节点本地信息填入步骤(1)所述的资源分配表中，并按照节点最大可用带宽从小到大进行排列；

步骤(3.5)：该节点信息服务器按照资源分配优先级的大小以及其在所有节点内的资源分配优先级排名，进行父节点的分配，并优先的将可用带宽较大的节点分配给资源分配优先级排名较高的请求节点，该节点信息服务器在发往所述请求节点分配父节点的数据包中，包含所述父节点的资源分配优先级以及最大可用带宽；

步骤(3.6)：当所述请求节点收到来自该节点信息服务器的父节点分配报文以后，根据父节点的最大可用带宽以及节点优先级在其他所有父节点中所占的比例确定向该父节点请求媒体信息的多少；

步骤(4.)：该节点信息服务器周期性的获取应用层网络内所有节点的最大可用带宽的变化，并以此为依据对节点资源分配表进行实时的修改和维护，如果某个节点没有在规定的时间内发送含有本地私有信息的通告报文，将该节点的超时次数加一，如果超时次数大于三次则将该节点删除，并重新进行资源分配表中优先级的计算。

按照上述实施方式我们对该协议在500个节点的网络环境下对上述方法对网络总体性能的影响进行了仿真，其中图4是在不存在欺骗节点的情况下进行的对网络性能的测试，从图中曲线可以发现，当节点可以请求的父节点的数目增加的时候系统的总体性能呈稳步上升的趋势。图5则是考虑万一存在以牺牲自身利益来进行欺骗节点的情况下，系统性能的变化，从图中可以发现由于本发明针对节点的贡献来决定其所能得到的服务。所以，所有对网络产生损害的欺骗节点都受到了一定程度的惩罚，所以当节点可选父节点的数目增加的时候系统的性能同样在稳步的上升。图6为本发明的应用示例图。

附图说明

图1.节点信息服务器处理流程图；

图2.请求节点处理流程图；

图3.分配父节点处理流程图；

图4.系统总性能曲线图；

图5.存在部分欺骗节点情况下系统总性能曲线图；

图6.本发明的应用示例图；

图7.本发明的总体流程图；

图8.本发明的总体功能示意图。

具体实施方式

基于应用层网络的流媒体视频服务中出现的节点欺骗，会在很大程度上影响网络的总体性能。设计一种能够客观的评价节点贡献程度，并使得节点能够自主的将自身的真实私有信息公开的协议是本发明的主要贡献。

在本发明的描述中，建立连接的两端被称为请求节点和节点信息服务器。其中节点信息服务器承担着对各个请求节点的评价以及为请求节点分配相应父节点的任务。请求节点在启动的时候向节点信息服务器发送父节点请求报文，并在该报文中包含自己的本地私有信息如下：节点ID，节点地址，本地最大可用带宽，需要的父节点个数。节点信息服务器收到该请求以后将该节点的节点ID，节点地址与本地最大可用带宽写入节点资源分配表，所述该资源分配表依次包括以下表项：节点ID，节点地址，节点超时次数以及节点资源分配优先级。并根据节点通告的最大可用带宽衡量该节点的资源分配优先级(其中总体性能均指除去该节点以外的网络中其他节点的总体性能之和)：

节点优先级＝节点加入以后网络的总体性能-节点加入以前网络的总体性能

节点资源分配优先级别在计算完毕以后也被记录在节点资源分配表中，并且通过节点在固定时间(默认为60s)定期的更新进行实时的修改。以上功能和步骤主要通过周期交互节点私有信息数据包和扫描节点资源分配表来实现。请求节点必须在上述时间内向节点信息服务器通告自己的本地信息变化情况，即使没有变化也必须发送表示本地信息无变化的报文，否则，节点信息服务器如果在三个周期(180s)内没有收到来自请求节点的通告报文，将认为该节点已经失效果，并将起清理出节点资源分配表。

节点信息服务器处理流程见图1。

请求节点处理流程见图2。

节点资源分配优先级计算完毕以后节点信息服务器将针对该优先级以及请求节点在上述通告报文中注明的请求父节点个数为请求节点分配相应的父节点。节点信息服务器将再次扫描节点资源分配表，将请求节点的优先级与资源分配表中节点的最大可用带宽尽心比对。如果请求节点的优先级可以使用具有该最大带宽的节点则将该节点做为父节点分配给请求节点，如果请求节点的优先级不足以使用该节点则继续向下扫描。在上述扫描过程中，由于资源分配表中的节点是按照节点最大使用带宽倒序排列的所以系统将尽可能的为请求节点分配相对优质的节点做为父节点。

父节点分配流程图见图3

本发明的总体流程图见图7

本发明的总体功能示意图见图8

本发明可以通过对某个节点对网络性能所做出的贡献进行相对客观的评价来实时的确定该节点所应该享有的服务。一方面通过多劳多得的原则增加了流媒体服务中资源分配的公平性，另一方面也能够有效的激励用户向为网络贡献自己的闲置带宽。在满足自身性能的前提下，兼顾了网络中全局的性能优化。目前清华大学已经将该项研究成果运用在基于应用层网络的视频点播系统中，是该系统中一个重要的组成部分。

Claims (1)

1.基于策略优化的流媒体资源分配方法其特征在于，该方法具有以下步骤：

步骤(1.)：在对等网络中的节点信息服务器在启动后针对处于同一应用层网络内的其他所有节点建立节点资源分配表，该资源分配表包括以下表项：节点ID、节点地址、节点最大可用带宽、节点超时次数以及节点资源分配优先级，其中，节点最大可用带宽是指所述节点能够用于向其他不包括所述节点信息服务器外的所有节点，提供多媒体服务的最大带宽；

步骤(2.)：位于该对等网络中的请求节点在启动时向所述节点信息服务器发送父节请求报文，其中包括以下私有信息：节点ID、节点地址、节点超时次数、本地最大可用带宽以及需要的父节点个数；

步骤(3.)：所述节点信息服务器在收到步骤(2)中请求节点发送的父节点请求报文后，依次按照以下步骤为请求节点分配相应的父节点：

步骤(3.1)：该节点信息服务器计算在该请求节点加入以前所有节点的最大可用带宽之和，所述最大可用带宽之和是指在请求节点加入以前的每一个节点所连接的所有父节点的可用带宽之和；

步骤(3.2)：该节点信息服务器计算在步骤(3.1)中所述的请求节点加入后的除请求节点以外的其他所有节点的最大可用带宽之和；

步骤(3.3)：该节点信息服务器分别计算步骤(3.1)、步骤(3.2)中所述的请求节点加入前后，该应用层网络的总体可用带宽之差，即该请求节点加入后的网络总体可用带宽减去在该节点加入以前网络总体可用带宽，并以此作为该请求节点的资源分配优先级；

步骤(3.4)：该节点信息服务器把步骤(3.3)得到的请求节点资源分配优先级以及包括该节点最大可用带宽在内的节点本地信息填入步骤(1)所述的资源分配表中，并按照节点最大可用带宽从小到大进行排列；

步骤(3.5)：该节点信息服务器按照资源分配优先级的大小以及其在所有节点内的资源分配优先级排名，进行父节点的分配，并优先的将可用带宽较大的节点分配给资源分配优先级排名较高的请求节点，该节点信息服务器在发往所述请求节点分配父节点的数据包中，包含所述父节点的资源分配优先级以及最大可用带宽；

步骤(3.6)：当所述请求节点收到来自该节点信息服务器的父节点分配报文以后，根据父节点的最大可用带宽以及节点优先级在其他所有父节点中所占的比例确定向该父节点请求媒体信息的多少；

步骤(4.)：该节点信息服务器周期性的获取应用层网络内所有节点的最大可用带宽的变化，并以此为依据对节点资源分配表进行实时的修改和维护，如果某个节点没有在规定的时间内发送含有本地私有信息的通告报文，将该节点的超时次数加一，如果超时次数大于三次则将该节点删除，并重新进行资源分配表中优先级的计算。

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