[发明专利]一种重叠网络及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种适用于多源对等网络流媒体直播系统的重叠网络及其构建方法，以及该重叠网络中对等节点的发现方法和该重叠网络中的用户节点。

背景技术

随着互联网的广泛普及和多媒体技术的不断成熟，如何在Internet上向大规模并发用户群提供高质量的流媒体直播服务已经成为促进互联网发展的关键应用。最近几年，研究者提出了基于对等网络技术(P2P，Peer-to-Peer)的流媒体直播系统。其基本思想是，把与IP组播相关的数据路由、复制、转发等功能转移到成员主机(用户节点)的应用层(而不是路由器)实现，在用户节点之间构建一个实现组播功能的重叠网络。作为当前最热门的互联网技术，基于对等网络的流媒体直播系统已经被广泛应用于各种领域，例如视频会议(ESM应用软件)、网络电视(PPLive应用软件、PPstream应用软件)等。

根据其源节点提供数据的方式，基于对等网络的流媒体直播系统可分为两种：单源流媒体直播系统和多源流媒体直播系统。

参见图1，单源流媒体直播系统是指所有转播用户节点和流媒体服务器构成一棵组播树来进行数据传输。流媒体服务器以及接收/提供相同频道内容的用户节点称为对等节点。每个对等节点既是数据的接收者，也是数据的提供者。流媒体服务器是一个特殊的节点，只作为数据的提供者，称为源节点。单源流媒体直播系统构成的树结构中的每个对等节点有且只有一个数据源提供者，即流媒体服务器。图1中，粗实线表示数据的流动方向。

参见图2，多源流媒体直播系统是指所有转播用户节点和流媒体服务器构成一个网状(Mesh)结构来进行数据传输。网状结构上的每个对等节点可以同时具有多个数据源提供者，接收者分别向不同数据源请求不同的数据块。多源系统通过多个数据源联合提供数据给单个接收者，不仅可以有效提高每个用户节点的接收质量，而且能够缓解对等网络中由于用户节点频繁加入/退出导致的动态性问题。

多源流媒体直播系统的典型代表是香港科技大学张欣研等人提出的DONet(Data DrivenOverlay Network，数据驱动的重叠网络)。在DONet中，对等节点信息的维护和管理如下：

在DONet中每个节点都具有一个全局唯一的标识符(例如IP地址)，同时维护一个缓存mCache，用以存储系统中其它对等节点的信息。每个节点会和mCache中维护的其它某些对等节点建立协作关系，这些建立协作关系的对等节点称为伙伴节点。

在动态系统中，为了创建和维护mCache，每个节点需要周期性地发送宣告自己存活的消息，消息格式为(seq_num，id，num_parnter，time_to_live)，其中seq_num是消息的序列号，id是节点的标识，num_parnter是节点的伙伴数，time_to_live是该消息剩余的生存时间。

当节点收到一个新的成员信息时，它会在mCache中找到对应id的成员信息记录，如果seq_num大于记录中的seq_num，则更新此条记录。如果没有找到对应id的记录，则在mCache中添加一条记录存储该成员信息。在mCache中，每条成员信息记录包含5项：seq_num，id，num_parnter，time_to_live，last_update_time。

DONet中节点信息维护的一个关键问题是如何创建和更新mCache。尽管DONet与传统基于gossip的方案相比是一个轻量级可扩展的协议，即每个节点只维护系统中部分对等节点的信息，但是可以看到随着加入系统时间的增加，每个节点维护的mCache中对等节点的个数会随之增加，从而导致内存开销增加。

此外，DONet中每个节点周期性地发送宣告自己存活的membership消息扩散带来的控制开销也较大，并且SCAM协议的实现复杂度也较高。

在DONet中，当有新用户节点加入时，它首先与源节点建立连接(Contact)，源节点从本地维护的mCache中随机选择一个节点作为代理节点(deputy)，把新用户节点的加入请求转发给该代理节点，新用户节点从代理节点处获得伙伴节点信息，并与这些伙伴节点交换数据有效性信息，进行数据传输。由于采用随机选择代理节点和伙伴节点而没有考虑节点的传输性能，可能使得新用户节点初始时选择的伙伴节点的传输性能较差，从而导致总的接收带宽不能满足流媒体的传输要求。