CN1852252A - 基于对等网络的视频直播应用中节点选择与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于对等网络技术领域，具有特征在于依次含有以下步骤：请求节点向服务器获取初始备选节点以及其本地状态信息；根据设定的虚链路延时或者指定的本地状态信息阙值。删除不满足底线条件的节点；根据在规定时间内是否收到保持连接的数据包以及设定的本地节点质量加权平均值的阙值从中筛选优质节点；然后以更短的周期探测优质节点的存活状态，并通过该方式探测需要被删除的虚链路延时过大或者发生故障的优质节点；再从备选节点表中把节点质量加权值更大的备选节点作为优质节点。本发明可以根据节点的状态以及本地信息实时的进行优质节点，选择提高了节点选择处理的灵活性。

Description

基于对等网络的视频直播应用中节点选择与检测方法

技术领域

基于对等网络的视频直播应用中节点选择与检测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。那么怎样从众多对等网络节点中挑选节点为它传输数据，这就是本专利解决的问题。

目前已知的该领域的解决方法多为随机选择。视频质量没有保证，而本发明通过周期交互节点本地状态信息，以及虚链路测量来优化节点选择。并且通过周期探测检测到节点失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于对等网络中视频直播应用的节点选择方法。

本发明的特征在于，它依次含有以下步骤：

步骤(1.)对等网络中的某个请求节点从服务器得到初始备选节点，将这些节点插入备选节点表，所选备选节点表包括以下表项：节点ID，节点地址，节点类型，虚链路延时，节点出度，视频缓冲区上、下界，节点权重，超时次数，超时剩余时间以及更新时间；

步骤(2.)所述请求节点启动优质节点选择的倒计时时钟。向步骤(1)获得这些初始备选节点发送探测请求。获取这些初始备选节点的包括该节点延时间、可用带宽信息在内的本地状态信息，并启动探测超时的倒计时时钟；

步骤(3.)请求节点按以下步骤等待接受并处理步骤(2)所选的这些初始备选节点的探测应答报文；

步骤(3.1.)若在设定的探测超时时间内没有收到探测的应答报文，则超时次数加一，并向所选的这些初始备选节点再次发送探测请求；若超时次数大于三次，便将该节点删除；

步骤(3.2.)请求节点若在设定的超时时间内受到探测应答保温，则根据发送请求和接受到应答的时间差估计每个初始备选节点的虚链路延时；

步骤(3.3.)根据设定的虚链路延时或者设定的本地状态信息中的指定信息项设定阙值，只要有依次不满足设定要求，便吧该备选节点从初始备选节点表中删除；

步骤(3.4.)根据设定的包括虚链路延时、节点出度，CPU利用率，节点可用带宽在内的数值，计算节点的性能指标以及权重以及各初始备选节点质量的加权的平均值；对不满足设定的对所述各节点质量加权平均阙植的节点进行删除；从而得到一批优质的候选优质节点；

步骤(4.)在步骤(1)所选的优质节点选择的倒记时时钟超时后，根据已经在规定时间内收到保持连接的数据包以及节点质量的加权平均值大于等于实时设定的优质节点的质量加权平均值的原则，开始选择优质节点；

步骤(5.)所述请求节点通过在探测请求中设置一个连接标志来向选出的优质节点发送连接请求；若请求被拒绝则将该优质节点从初始备选节点表中删除，并且在重新选择一个优质节点；否则执行步骤(6)；

步骤(6.)在选出优质节点并且建立好连接以后。所述请求节点将周期性的地送探测请求以检测连接的有效性，获得更新的节点状态，但向优质节点的发送周期为向备选节点发送周期的1/4；

步骤(7.)在设定的初始备选节点的瑕疵更新是到达时，开始更新备选节点表，若发现某备选节点的权值大于优质节点中权值最小的急电，则按照下述步骤更换优质节点：

步骤(7.1.)向所述的那个节点质量加权平均值最小的优质节点发送报文，告之该节点断开连接；

步骤(7.2.)把所述的节点质量加权平均值较大的节点设为优质节点，并向其发送连接请求；

步骤(8.)在步骤(6)中，若在交互探测时间检测到某个优质节点超时超过三次，则认为该优质节点已经失效，进行删除操作，并重新选择优质节点；

步骤(9.)在步骤(2)中若发现备选节点总数过少，则说明需要再次获取初始备选节点。

本发明属于对等网络技术领域，具有特征在于依次含有以下步骤：请求节点向服务器获取初始备选节点以及其本地状态信息；根据设定的虚链路延时或者指定的本地状态信息阙值。删除不满足底线条件的节点；根据在规定时间内是否收到保持连接的数据包以及设定的本地节点质量加权平均值的阙值从中筛选优质节点；然后以更短的周期探测优质节点的存活状态，并通过该方式探测需要被删除的虚链路延时过大或者发生故障的优质节点；再从备选节点表中把节点质量加权值更大的备选节点作为优质节点。本发明可以根据节点的状态以及本地信息实时的进行优质节点，选择提高了节点选择处理的灵活性。

本发明所提出的基于对等网络的视频直播应用中节点选择与检测的方法，能够通过周期探测，实现本地信息交互，虚链路延迟计算，并据此选择优质节点，与之建立连接，并检测到节点失效。使得可以根据节点的状态及本地状态进行优化选择。并且基于软状态的探测报文也提高了协议的灵活性和鲁棒性。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，是该系统的重要组成部分。

附图说明

图1.节点选择与检测流程图；

图2.探测请求处理流程图；

图3.探测应答处理流程图；

图4.处理初始备选节点列表路程图；

图5.扫描备选节点表流程图；

图6.被选节点总发送速率折线图；

图7.本发明的应用示例图。

具体实施方式

视频直播的应用是对延迟敏感的应用，要求在需要传输视频数据时，能迅速开始传输，而从众多的备选节点中选出质量较好的节点是本发明的主要贡献。选出优质节点后还要与之建立连接。建立连接的两端我们分别称为优质节点和请求节点，所谓连接就是数据传输前预先准备好若干个质量较好的备选节点，并已得到它们同意，可以成为其子节点，随时为之传送数据，可以理解为为之预留一出度。由于对等网络的特点，各个对等节点加入、退出、失效很经常，拓扑结构很不稳定，这就要求在建立好连接后要测量连接的有效性，检测到连接失效后重新选取优质节点。所以概括说该发明的主要过程就是：优质节点选择，连接建立与维护。

以上功能和步骤主要通过周期交互探测包和扫描备选节点表实现。

备选节点表存储备选节点，初始备选节点从服务器得到，经过初步筛选，但不一定可以与之通讯，所以得到初始备选节点后要探测可达性，这通过交互探测报文实现，向初始备选节点发送探测请求，初始备选节点在探测应答报文中稍带该节点的本地状态信息。

在收到探测应答后，跟据发送请求和接收到应答的时间差就可以估计虚链路延迟。根据虚链路延迟和应答报文中的本地状态信息判断是否满足底线要求，如虚链路延迟过长，或者播放位置与本节点的播放位置相差太多，没有可用数据，都认为不满足底线要求，将其从备选节点表删除。如果满足底线要求，则根据各属性权重计算加权平均值，作为衡量其质量的指标，参与权值计算的可以有虚链路延迟，节点出度，CPU利用率，节点带宽等。

在优质节点选择的倒计时时钟到时后，开始从备选节点表中根据权值来选择优质节点。

选出优质节点后要与之建立连接，连接如果被接受，则返回本地状态信息，如果被拒绝，则返回的本地状态信息为一个不满足底线要求的值，收到该返回信息后，将其从备选节点表中删除。如果被拒绝则需要再重新选一个优质节点，并提出连接请求。

选出优质节点后，仍然要周期交互探测包，获得更新的节点状态，但优质节点的探测包周期短，因为保证连接的有效性，迅速发现失效，迅速重新选择。

处理探测请求的流程见图2。

处理探测应答的流程见图3。

备选节点表包括如下表项：

节点ID，节点地址，节点类型，虚链路延迟，节点出度，缓冲区上下界，根据各种比例加权平均计算出来的数值，作为衡量节点质量指标，超时次数，距超时剩余时间，下次更新的时间。

接收到初始备选节点列表后，将初始备选节点插入备选节点表。这时节点类型设为备选节点，表示它是初始备选节点，超时次数置为0，超时标志置为“不启动超时倒计时时钟”。并通过设定控制探测请求的发送频率为6000(6s)，表示启动优质节点选择的倒计时，时钟为6秒。流程图见图4。

设定周期为100ms的定时器，当接收到该定时器的消息时扫描备选节点表。扫描完成以下功能：1)已到发送探测报文的时间，则向其发送探测请求，设定下次更新时间，并启动超时倒计时钟；2)如果超时标志需要递减，则每次将其减去100ms，减到0或负值则将超时次数加一，重新向它发送探测报文，重新设定超时标志和探测报文发送时间。如果超时次数增加到3，则删除该候选节点；3)如果需要重新选择候选节点，则需要将节点选择定时器减去100ms，减到0选择优质节点；4)如果备选节点总数过少，则重新获取初始备选节点。扫描备选节点表流程见图5。

接收到探测应答后调用更新备选节点表。每次更新都还原超时次数为0。超时标志设为“不启动超时倒计时时钟”。这时如果新插入的备选节点权值比权值最小的优质节点大50％。则更换优质节点。

选择优质节点过程是从备选节点表中选出节点加权平均值较高的多个备选节点。选出后向他们发送建立连接的探测报文。

由图6可知，该节点选择与检测方法能够在多个节点中选择出规定数目个最优的节点，(图中是5个)为数据的获取，提供了依据与保障。

由此可见，本发明达到了预期目的。

Claims (1)

1.基于对等网络的视频直播应用中节点选择的检测方法其特征在于，该方法具有以下步骤：

步骤(1.)对等网络中的某个请求节点从服务器得到初始备选节点，将这些节点插入备选节点表，所选备选节点表包括以下表项：节点ID，节点地址，节点类型，虚链路延时，节点出度，视频缓冲区上、下界，节点权重，超时次数，超时剩余时间以及更新时间；

步骤(2.)所述请求节点启动优质节点选择的倒计时时钟。向步骤(1)获得这些初始备选节点发送探测请求。获取这些初始备选节点的包括该节点延时间、可用带宽信息在内的本地状态信息，并启动探测超时的倒计时时钟；

步骤(3.)请求节点按以下步骤等待接受并处理步骤(2)所选的这些初始备选节点的探测应答报文；

步骤(3.1.)若在设定的探测超时时间内没有收到探测的应答报文，则超时次数加一，并向所选的这些初始备选节点再次发送探测请求；若超时次数大于三次，便将该节点删除；

步骤(3.2.)请求节点若在设定的超时时间内受到探测应答保温，则根据发送请求和接受到应答的时间差估计每个初始备选节点的虚链路延时；

步骤(3.3.)根据设定的虚链路延时或者设定的本地状态信息中的指定信息项设定阙值，只要有依次不满足设定要求，便吧该备选节点从初始备选节点表中删除；

步骤(3.4.)根据设定的包括虚链路延时、节点出度，CPU利用率，节点可用带宽在内的数值，计算节点的性能指标以及权重以及各初始备选节点质量的加权的平均值；对不满足设定的对所述各节点质量加权平均阙植的节点进行删除；从而得到一批优质的候选优质节点；

步骤(4.)在步骤(1)所选的优质节点选择的倒记时时钟超时后，根据已经在规定时间内收到保持连接的数据包以及节点质量的加权平均值大于等于实时设定的优质节点的质量加权平均值的原则，开始选择优质节点；

步骤(5.)所述请求节点通过在探测请求中设置一个连接标志来向选出的优质节点发送连接请求；若请求被拒绝则将该优质节点从初始备选节点表中删除，并且在重新选择一个优质节点；否则执行步骤(6)；

步骤(6.)在选出优质节点并且建立好连接以后。所述请求节点将周期性的地送探测请求以检测连接的有效性，获得更新的节点状态，但向优质节点的发送周期为向备选节点发送周期的1/4；

步骤(7.)在设定的初始备选节点的瑕疵更新是到达时，开始更新备选节点表，若发现某备选节点的权值大于优质节点中权值最小的急电，则按照下述步骤更换优质节点：

步骤(7.1.)向所述的那个节点质量加权平均值最小的优质节点发送报文，告之该节点断开连接；

步骤(7.2.)把所述的节点质量加权平均值较大的节点设为优质节点，并向其发送连接请求；

步骤(8.)在步骤(6)中，若在交互探测时间检测到某个优质节点超时超过三次，则认为该优质节点已经失效，进行删除操作，并重新选择优质节点；

步骤(9.)在步骤(2)中若发现备选节点总数过少，则说明需要再次获取初始备选节点。

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