[发明专利]一种基于节点聚类的网络定位优化算法

说明书

技术领域

本发明属于计算机对等网络计算领域，具体涉及一种基于节点聚类的网络 定位优化算法。

背景技术

在建立大型分布式的网络系统时，要想系统能够高效率的运行将会是一个 非常大的挑战，比如基于内容分发网络的内容分发服务、流媒体覆盖网多播、 内容可编址网络(Content Addressable Network)，以及像Gnutella这样的大规模 对等网络(Peer-to-Peer)文件共享系统。因为这些系统在选择通信路由时具有 非常大的灵活性，它们必须克服Internet的不稳定性、多变性，并且根据网络性 能，智能地选择相应的路由来通信。例如在对等网络文件共享系统中，节点如 果想达到理想状态下最好数据传输性能，必须获得一些全局性的信息，比如该 节点和其他共同下载同一文件的所有节点之间的可用带宽等。在端到端的路由 数目较小的情况下，像可用带宽、网络延迟等这些动态网络性能参数可以较快 并准确地测量出来，但是随着系统中主机数目的增多，端到端的路由数目也随 着增加，要想获得这些参数的全部准确数值是不切实际的，因为计算这些参数 值将耗费大量的时间，严重降低系统的运行性能。

最近，为了解决分布式系统的性能最优化和系统规模扩展之间的矛盾，一 些研究机构开始尝试设计新的算法，这些算法可以在不需要发送探测包的情况 下，并且在较小的时间代价和空间代价下，准确预测出大规模主机节点之间的 网络距离，这类算法统称为网络定位算法。网络定位算法中所描述的网络距离， 有别于传统意义上的网络距离，它不仅仅是端到端的网络延迟，还包含网络带 宽、网络拓扑结构等属性。网络定位算法除了具有速度优势外，还具有节省网 络带宽资源、减小网络拥塞发生概率的优势。网络定位算法使用单一的物理量 来描述多个网络属性，不仅便于应用开发，而且使系统能够更加准确地定位网 络节点，大大提高网络通信性能。

已有的网络定位算法，大多采用了一种基于虚拟空间的方式。在这种方式 中，系统中的每一个主机都被分配了一个低维虚拟空间的虚拟坐标，然后根据 少量的主机之间的延迟数据，再根据特定的算法生成该节点的虚拟坐标。当系 统中的主机都有一个比较稳定和准确的虚拟坐标后，如果要得到两节点之间的 延迟，不必再发送类似于RTT的探测包，只需使用两点之间的距离公式，即可 计算出两点之间的距离。示意图如图1所示。基于虚拟空间的网络定位算法的 目标可概括为以下几点：1)能够把任意复杂度的网络结构，映射到一个多维的 可测量的虚拟空间中；2)将网络结构中的重要因素，比如节点之间的网络延迟、 网络带宽和拓扑结构等因素，在虚拟空间中完全的复制出来；3)综合多个网络 属性的网络距离公式，便于应用实现。但是，在已有的基于虚拟空间的网络定 位算法中，除了能基本完成第一个目标之外，离第二、三个目标还相去甚远。 它们大多注重减小针对一个节点的局部误差，而忽视针对多个节点集合的全局 误差。随着系统中主机节点数目的增加，除了容易造成坐标波动的情况外，还 会出现映射拓扑结构混乱的局面，最致命的是在网络应用程序当中，会导致客 户端在传递数据时选择错误的路由进行通信，大大降低了系统的运行性能。

发明内容

本发明针对现有的基于虚拟空间的网络坐标定位算法的不足，提出了一种 基于节点聚类的网络定位优化算法-Dumpling。本算法将一种基于网络距离的 节点聚类算法与物理质量弹簧系统有机结合，先将网络中的节点按照它们之间 的网络距离分组，形成一个个的聚类，然后在聚类之间与聚类内部分别运行基 于物理质量弹簧系统的数值收敛算法来减小虚拟空间中节点之间的网络距离与 现实网络情况的距离的绝对值之差，即相对误差。如果数值收敛发生在聚类之 间，则相对误差收敛方将把通过物理质量弹簧收敛算法计算得出的误差收敛信 息传递给属于同一聚类的其他节点，然后此聚类中的所有节点将按照此信息进 行整体误差收敛。如果数值收敛发生在某个聚类内部的两个节点之间，则两节 点之间使用物理质量弹簧系统的数值收敛算法来收敛误差。这样的话，可以尽 最大可能保持已经在虚拟空中形成的较为准确的网络拓扑结构，避免了误差较 小某个聚类中的节点被系统中其他的误差较大的节点所影响而出现的系统波动 状况，而且还可以进一步减小聚类内部的节点之间的误差，以致在虚拟空间中 还原出更加真实的网络拓扑结构。