一种基于覆盖网络组播系统的动态节点高效管理方法

摘要

本发明公开了一种基于覆盖网络组播系统的动态节点高效管理方法，该方法采用快速灵活的节点加入和优化机制；当节点加入时，从组播树的根节点开始，在满足一定的QoS性能的条件下，往远离根节点的方向偏移；当完成加入后，周期性地利用局部信息进行动态优化。组播方法可以快速的构建组播路由，具有较好的QoS性能，同时通过节点的带约束条件的偏移和动态优化，既保证了延时特性，又在一定程度上优化网络资源利用率，并可以适应网络动态变化。

主权项

1.一种基于覆盖网络组播系统的动态节点高效管理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)覆盖网络组播系统初始化：覆盖网络是构建在底层网络之上的虚拟网络。假设底层IP网络能够提供透明的端到端单播路由，网络链路是对称的，那么覆盖网络组播的网络模型可以用一个完全无向图G(V，E)来描述，其中V是节点的集合，表示覆盖网节点，E＝V×V是边的集合，表示覆盖网虚拟链路，每一条虚拟链路对应于一条底层的单播路径，包含一条或者多条物理链路。对于节点v∈V，定义如下参数：节点的带宽Bv(v)∈R⁺，表示节点的最大带宽容量；节点的代价C_v(v)∈R⁺，表示节点的费用开销等。对于边e∈E，定义如下参数：边的带宽B_e(e)∈R⁺，表示虚拟链路的带宽容量；边的延时D_e(e)∈R⁺，表示虚拟链路的端到端延时；边的代价C_e(e)∈R⁺，表示虚拟链路占用的网络资源等。(2)动态节点加入覆盖网络组播系统：假设节点可以通过第三方机制获得组播树根节点r的信息。当一个新的节点v要加入组播组时，它首先将根节点r作为当前父节点，记为p_cur。然后节点v向p_cur发送查询请求，节点p_cur收到请求后，发送响应，并将自身节点信息以及当前子节点列表V_c返回给v；v在获得上述信息后，将V_c作为其潜在父节点列表，记为V_po，计算其当前到根节点的延时，记为D_cur(v)，探测其到各个潜在的父节点p的往返延时D_e(v，p)，其中p∈V_po；根据探测到得延时信息，计算v通过p节点可以预计的到根节点r的延时D_try(v，p，r)＝D_e(v，p)+D_cur(p)，其中p∈V_po。判断是否存在满足条件的潜在节点p，即节点v通过节点p预计获得的到根节点的延时与当前延时D_cur(v)之差的归一化值是否小于K，K为阈值。将这个节点p压入栈，继续查询是否存在其他满足条件的潜在父节点，并将符合的节点压入堆栈直到栈的规模达到阈值M或者查询完成，然后从中取出使得最小的节点p_b，将其设为当前父节点p_cur＝p_b，重新发送查询请求。重复上面的加入查询和探测过程。若不存在满足条件的潜在父节点，则向p_cur发送加入请求报文，p_cur接纳其为子节点，发送确认报文，并更新其子节点列表信息。(3)覆盖网络组播系统进行节点优化：节点v周期性与父节点p交换信息：节点v向父节点p报告自己的更新信息，父节p点发送其子节点列表V_c信息和其父节点p_g的信息。与节点加入的过程类似，节点v将这些节点作为潜在的可优化节点，记为集合V_op，探测通过这些节点可以获得到根节点的预计延时信息D_try(v，p_op，r)，若(D_cur(v)-D_try(v，p_op，r))/D_cur(v)＞δ，其中参数δ＞0，则更新p_op作为其当前父节点，向当前父节点p发送离开报文，收到确认后，向p_op发送加入报文，更新节点信息。(4)组播节点的离开和失效：当组播成员节点v正常离开时，节点需要发送离开报文给它的父节点和各个子节点。父节点在收到报文后更新子节点列表信息；各个子节点在收到报文后以v的父节点，即自身的祖父节点作为新的当前父节点，然后重新运行节点加入的过程。当组播成员节点v非正常离开或者失效时，由于父节点和子节点之间会周期性的交换信息，v的父节点会在周期内检测到子节点失效，更新其子节点列表。节点v的子节点同样会周期内检测到父节点的失效，然后以祖父节点作为当前节点，重新运行节点的加入过程。(5)覆盖网络组播组信息管理：FQMP采用分布式的方法构造组播路由，每个节点都只需要维护局部的信息，而不是整个组播树的信息，这大大增强了组播的拓展性。由以上的节点加入，离开和动态优化过程可知，节点需要维护以下信息：(A)自身节点信息，包括到根节点的延时D_cur等；(B)组播树上的邻居节点信息，包括子节点列表V_c，父节点信息；(C)在动态优化和节点失效处理过程中，节点还需要维护一部分的潜在优化节点列表V_op，该列表包括祖父节点和其父节点的兄弟节点，也称为叔节点。假设当前节点的度为d_T(v)，当前父节点的度为d_T(p)，则节点维护的信息量为o(d_T(v)+d_T(p))。