低延迟网络拓扑系统及其资料传输补偿方法

摘要

一种低延迟网络拓扑系统及其资料传输补偿方法，所述网络拓扑系统与一资料流来源连结，其包括至少一线状网络拓扑，所述线状网络拓扑包括一个种子端以及至少一个后端。所述方法包括：测量第(N-2)后端至第(N-1)后端的上传频宽；测量所述第(N-1)后端至所述第N后端的上传频宽；判断所述第(N-2)后端至第(N-1)后端的上传频宽是否大于所述第(N-1)后端至所述第N后端的上传频宽；依序询问第(N-x)后端是否有能力上传至所述第N后端；从所述第(N-x)后端另外上传至所述第N后端；以及由所述资料流来源找出在其它线状网络拓扑系统中，有能力另外上传至所述第N后端的一个种子端或后端。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低延迟网络拓扑系统及其资料传输补偿方法，特别涉及一种线状网络拓扑，以及应用所述线状网络拓扑的连接关系以进行资料传输补偿而降低资料传输延迟的方法。 

背景技术

网际网络的普及化，一方面加速了资讯传播的速度，另一方面也增进了人与人之间的联系，进而对人类文明发展产生了巨大的冲击。 

传统网际网络的应用模式，多以主从架构(client-server)来开发系统，而对等网络运算(peer-to-peer，P2P)则是近年来新兴的网络应用模式，其特色在于各网络节点能同时扮演用户端、伺服端或中继者等多重角色，因此比传统网际网络的应用模式更具多样性。 

然而，一般网络使用者的上传频宽小于下载频宽，以非对称数字用户线路(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)来说，其关键观念在于其上传与下载的频宽是不对称的，即从网络资源提供者到网络资源使用者(下载)的频宽是比较高的，这样的设计一方面是为了配合现有电话网络系统的限制，另一方面也符合了一般使用网际网络的使用习惯与特性，也就是网络使用者接收的资料量远比其送出的资料量来得多，但也因此造成上传频宽较窄导致资源传输不便的缺陷。 

举例来说，若一网络资源使用者的下载频宽为1.5mbps，上传频宽为512kbps，若该网络资源使用者下载一资料需600kbps的频宽，那么由于上传频宽不足，即无法即时将其所下载的网络资源上传给另一网络资源使用者，因而出现资料传输延迟的现象。 

为了克服上传频宽不足的问题，目前有业者开发出树状网络拓扑(TreeTopology)以及网状网络拓朴(Mesh Topology)的网络连结型态，然而，所述树状网络拓扑以及所述网状网络拓朴过于复杂，造成需要花较长时间来配置各个主机的连线，并且也具有延迟时间过长的缺点。 

因此，如何能够设计出同样可以解决上传频宽不足的问题，但结构较简单且延迟时间较短的网络拓扑，就成了相关设备厂商与研发人员，所共同努力的目标。 

发明内容

鉴于常用的网络拓扑结构过于复杂，且延迟时间过长等缺点，本发明提供一种低延迟网络拓扑系统，所述网络拓扑系统具有较简单的拓扑结构以及可有效改善因上传频宽不足所造成的资料传输延迟时间过长的问题。 

为了达到上述目的，本发明提供一种低延迟网络拓扑系统，其与一资料流来源连结，所述低延迟网络拓扑系统包括至少一线状网络拓扑，所述至少一线状网络拓扑包括： 

一个种子端，其与所述资料流来源连结，并接收从所述资料流来源所上传的资料流；以及 

至少一个后端，其与所述种子端连结，且各后端之间互相连结，其中，最接近所述种子端的后端接收所述种子端所上传的资料流，其它后端则依序接收前一后端所上传的资料流。 

一种使用上述低延迟网络拓扑系统的资料传输补偿方法，其用于第N后端的资料传输补偿，N为大于等于1的正整数，所述资料传输补偿方法包括： 

步骤A：测量第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽，并将所述上传频宽的测量结果传送至所述第N后端，其中，当N＝1时，所述第(N-1)后端代表所述种子端，所述第(N-2)后端代表所述资料流来源，当N＝2时，所述第(N-2)后端代表所述种子端； 

步骤B：测量所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽， 当N＝1时，所述第(N-1)后端代表所述种子端； 

步骤C：判断所述第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽是否大于所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽，若为是，则执行步骤D1，若为否，则执行步骤D2； 

步骤D1：依序询问所述第(N-x)后端是否有能力另外上传资料流至所述第N后端，其中，x为大于等于2的正整数，询问顺序由x＝2开始，若(N-x)＝0，则表示询问所述种子端，若(N-x)＝-1，则表示询问所述资料流来源，且执行步骤E1，若在询问所述资料流来源之前找到一个第(N-x)后端有能力另外上传资料流至所述第N后端，则执行步骤E2； 

步骤D2：不对所述第N后端进行资料传输补偿的动作； 

步骤E1：由所述资料流来源找出在其它线状网络拓扑中，有能力另外上传资料流至所述第N后端的一个种子端或后端，从所述种子端或后端建立与所述第N后端的连接，且从所述种子端或后端另外上传资料流至所述第N后端，所述种子端或后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽等于所述第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽与所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽的差值；以及 

步骤E2：从所述第(N-x)后端另外上传资料流至所述第N后端，所述第(N-x)后端另外上传资料流至所述第N后端的上传频宽等于所述第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽与所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽的差值。 

一种使用上述低延迟网络拓扑系统的资料传输补偿方法，其用于第N后端的资料传输补偿，N为大于等于1的正整数，所述资料传输补偿方法包括： 

步骤A：测量第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽，并将所述上传频宽的测量结果传送至所述第N后端，其中，当N＝1时，所述第(N-1)后端代表所述种子端，所述第(N-2)后端代表所述资料流来源，当N＝2时，所述第(N-2)后端代表所述种子端； 

步骤B：测量所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽， 当N＝1时，所述第(N-1)后端代表所述种子端； 

步骤C：判断所述第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽是否大于所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽，若为是，则执行步骤D1，若为否，则执行步骤D2； 

步骤D 1：同时询问所述第(N-x)后端是否有能力另外上传资料流至所述第N后端以及由所述资料流来源找出在其它线状网络拓扑中，有能力另外上传资料流至所述第N后端的至少一个种子端或后端，其中，x为大于等于2的正整数，若(N-x)＝0，则表示询问所述种子端； 

步骤D2：不对所述第N后端进行资料传输补偿的动作； 

步骤E：执行于步骤D1之后，由在其它线状网络拓扑中，有能力另外上传资料流至所述第N后端的一个种子端或后端，建立与所述第N后端连接，且从所述种子端或后端，以及有能力另外上传资料流至所述第N后端的至少一个第(N-x)后端另外上传资料流至所述第N后端，其上传频宽等于所述第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽与所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽的差值；以及 

步骤F：从所述种子端或后端，以及有能力另外上传资料流至所述第N后端的至少一个第(N-x)后端选出一延迟时间最低的所述种子端、后端或所述第(N-x)后端，仅由所述延迟时间最低的种子端、后端或第(N-x)后端另外上传资料流至所述第N后端，其上传频宽等于所述第(N-2)后端上传资料流至第(N-1)后端的上传频宽与所述第(N-1)后端上传资料流至所述第N后端的上传频宽的差值。 

通过上述的结构与方法，可有效改善因上传频宽不足所造成的延迟时间过长的问题，且因其具有较简单的拓扑结构，而能缩短建立所述拓扑结构的时间。 

附图说明

图1为本发明的低延迟网络拓扑系统的示意图。 

图2为本发明的资料传输补偿方法的第一实施例流程图。 

图3为本发明的低延迟网络拓扑系统的第一实施例示意图。 

图4为本发明的资料传输补偿方法的第二实施例流程图。 

图5为本发明的低延迟网络拓扑系统的第二实施例示意图。 

主要元件符号说明 

1：低延迟网络拓扑系统 

10：线状网络拓扑 

100、100a：种子端 

101、101a、101b、101c：后端 

2：资料流来源 

3：资料传输补偿方法 

30：步骤A 

31：步骤B 

32：步骤C 

330：步骤D1 

331：步骤D2 

340：步骤E1 

341：步骤E2 

4：资料传输补偿方法 

40：步骤A 

41：步骤B 

42：步骤C 

430：步骤D1 

431：步骤D2 

44：步骤E 

45：步骤F 

具体实施方式

为使所述本领域技术人员了解本发明的目的，现配合附图将本发明的较佳实施例详细说明如下。 

参见图1所示，本发明的低延迟网络拓扑系统1，与一资料流来源2连结，所述低延迟网络拓扑系统1包括至少一线状网络拓扑10，所述至少一线状网络拓扑10包括： 

一个种子端100，与所述资料流来源2连结，并接收从所述资料流来源2所上传的资料流； 

至少一个后端101，与所述种子端100连结，且各后端101之间互相连结，其中，最接近所述种子端100的后端101接收所述种子端100所上传的资料流，其它后端101则依序接收前一后端101所上传的资料流。 

其中所述资料流来源2包括多个子资料流，所述种子端100以及所述至少一个后端101为具有网络传输资料功能的程序模块。所述最接近所述种子端100的后端101的优先权顺序等于或低于所述种子端100的优先权顺序，其它后端101的优先权顺序则等于或低于前一后端101的优先权顺序。 

所述优先权顺序以上传能力的种类为排列依据，在本实施例中，将具有公共网际协议位址(public IP)的具有网络传输资料功能的程序模块设为最高优先权顺序；将具有个人网际协议位址(private IP)且可用传输控制协定(Transmission Control Protocol，TCP)上传的具有网络传输资料功能的程序模块设为次高优先权顺序；将具有个人网际协议位址且可用用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)上传的具有网络传输资料功能的程序模块设为普通优先权顺序；最后将具有公共网际协议位址(public IP)或个人网际协议位址(private IP)但不能上传的具有网络传输资料功能的程序模块设为最低优先权顺序。 

参见图1及图2所示，一种使用所述低延迟网络拓扑系统1的资料传输补偿方法3，其用于第N后端101，N为大于等于1的正整数，所述资料传 输补偿方法3包括： 

步骤A(30)：测量第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽，并将所述上传频宽的测量结果传送至所述第N后端101，其中，当N＝1时，所述第(N-1)后端101代表所述种子端100，所述第(N-2)后端101代表所述资料流来源2，当N＝2时，所述第(N-2)后端101代表所述种子端100； 

步骤B(31)：测量所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽，当N＝1时，所述第(N-1)后端101代表所述种子端100； 

步骤C(32)：判断所述第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽是否大于所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽，若为是，则执行步骤D1(330)，若为否，则执行步骤D2(331)； 

步骤D1(330)：依序询问所述第(N-x)后端101是否有能力另外上传资料流至所述第N后端101，其中x为大于等于2的正整数，询问顺序由x＝2开始，若(N-x)＝0，则表示询问所述种子端100，若(N-x)＝-1，则表示询问所述资料流来源2，且执行步骤E1(340)，若在询问所述资料流来源2之前找到一个第(N-x)后端101有能力另外上传资料流至所述第N后端101，则执行步骤E2(341)； 

步骤D2(331)：不对所述第N后端101进行资料传输补偿的动作； 

步骤E1(340)：由所述资料流来源2找出在其它线状网络拓扑10中，有能力另外上传资料流至所述第N后端101的一个种子端100或后端101，从所述种子端100或后端101建立与所述第N后端101的连接，且从所述种子端100或后端101另外上传资料流至所述第N后端101，所述种子端100或后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽等于所述第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽与所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽的差值；以及 

步骤E2(341)：从所述第(N-x)后端101另外上传资料流至所述第N后端101，所述第(N-x)后端101另外上传资料流至所述第N后端101的上传 频宽等于所述第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽与所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽的差值。 

其中，所述步骤A(30)中由所述第(N-1)后端101测量第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽；所述步骤B(31)中由所述第N后端101测量所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽。 

所述步骤E1(340)中，所述资料流来源2找出在其它线状网络拓扑10中，有能力另外上传资料流至所述第N后端101的一个种子端100或后端101的挑选顺序有下列三种方式： 

1.随机挑选； 

2.在所有延迟时间低于所述第N后端101的种子端100或后端101中随机挑选；以及 

3.在所有延迟时间低于所述第N后端101的种子端100或后端101中依照其延迟时间，由低延迟时间至高延迟时间的种子端100或后端101挑选。 

参见图2及图3所示，为了更容易了解本发明的内容，特举一实施例说明如下： 

假设在所述网络拓扑系统1的架构下，欲从所述资料流来源2完整上传一资料流，其资料上传频宽为R kbps，所述资料流分为多个子资料流，所述多个子资料流的数量为4个，因此各子资料流所需要的上传频宽为R/4kbps。 

本实施例中的资料传输补偿方法3，其用于第3后端101c，即N＝3；首先测量第1后端101a上传资料流至第2后端101b的上传频宽，并将所述上传频宽的测量结果传送至所述第3后端101c；接着测量所述第2后端101b上传资料流至所述第3后端101c的上传频宽； 

若所述第1后端101a上传至所述第2后端101b的上传频宽为R kbps，而所述第2后端101b上传至所述第3后端101c的上传频宽只有3R/4kbps，即前者的上传频宽大于后者的上传频宽，则先询问所述第1后端101a是否有能力另外上传资料流至所述第3后端101c，若所述第1后端101a有能力另 外上传资料流至所述第3后端101c，则从所述第1后端101a另外上传资料流至所述第3后端101c，且所述第1后端101a上传至所述第3后端101c的上传频宽即等于1R/4kbps(R kbps扣除3R/4kbps)； 

再者，若所述第1后端101a没有能力另外上传资料流至所述第3后端101c，则询问所述种子端100是否有能力另外上传资料流至所述第3后端101c，若所述种子端100有能力另外上传资料流至所述第3后端101c，则从所述种子端100另外上传资料流至所述第3后端101c，且所述种子端100上传至所述第3后端101c的上传频宽即等于1R/4kbps(R kbps扣除3R/4kbps)； 

若所述种子端100没有能力另外上传资料流至所述第3后端101c，则由所述资料流来源2找出在其它线状网络拓扑10中，有能力另外上传资料流至所述第3后端101c的一个种子端100或后端101，假设所述资料流来源2找出有能力另外上传资料流至所述第3后端101c的一个种子端100或后端101为一个种子端100a，则从所述种子端100a建立与所述第3后端101c的连线，且从所述种子端100a另外上传资料流至所述第3后端101c，其中，所述种子端100a上传至所述第3后端101c的上传频宽即等于1R/4kbps(R kbps扣除3R/4 kbps)，因此通过上述的网络拓扑及传输方式，将使得资料传输获得补偿效果，进而降低资料传输过程的延迟现象。 

参见图1及图4所示，一种使用所述低延迟网络拓扑系统1的资料传输补偿方法4，其用于第N后端101，N为大于等于1的正整数，所述资料传输补偿方法4包括： 

步骤A(40)：测量第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽，并将所述上传频宽的测量结果传送至所述第N后端101，其中，当N＝1时，所述第(N-1)后端101代表所述种子端100，所述第(N-2)后端101代表所述资料流来源2，当N＝2时，所述第(N-2)后端101代表所述种子端100； 

步骤B(41)：测量所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽，当N＝1时，所述第(N-1)后端101代表所述种子端100； 

步骤C(42)：判断所述第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽是否大于所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽，若为是，则执行步骤D1(430)，若为否，则执行步骤D2(431)； 

步骤D1(430)：同时询问所述第(N-x)后端101是否有能力另外上传资料流至所述第N后端101以及由所述资料流来源2找出在其它线状网络拓扑10中，有能力另外上传资料流至所述第N后端101的至少一个种子端100或后端101，其中，x为大于等于2之正整数，若(N-x)＝0，则表示询问所述种子端100； 

步骤D2(431)：不对所述第N后端101进行资料传输补偿的动作； 

步骤E(44)：执行于步骤D1(430)之后，由在其它线状网络拓扑10中，有能力另外上传资料流至所述第N后端101的一个种子端100或后端101，建立与所述第N后端101的连接，且从所述种子端100或后端101，以及有能力另外上传资料流至所述第N后端101的至少一个第(N-x)后端101另外上传资料流至所述第N后端101，其上传频宽等于所述第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽与所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽的差值；以及 

步骤F(45)：从所述种子端100或后端101，以及有能力另外上传资料流至所述第N后端101的至少一个第(N-x)后端101选出一延迟时间最低的所述种子端100、后端101或所述第(N-x)后端101，仅由所述延迟时间最低的种子端100、后端101或第(N-x)后端101另外上传资料流至所述第N后端101，其上传频宽等于所述第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽与所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽的差值。 

其中所述步骤A(40)中由所述第(N-1)后端101测量第(N-2)后端101上传资料流至第(N-1)后端101的上传频宽；所述步骤B(41)中由所述第N后端101测量所述第(N-1)后端101上传资料流至所述第N后端101的上传频宽。 

参见图4及图5所示，为了更容易了解本发明的内容，特举一实施例说明如下： 

假设在所述低延迟网络拓扑系统1的架构下，欲从所述资料流来源2完整上传一资料流，其资料上传频宽为R kbps，所述资料流分为多个子资料流，所述多个子资料流的数量为4个，因此各子资料流所需要的上传频宽为R/4kbps。 

本实施例中的资料传输补偿方法4，用于第3后端101c，即N＝3；首先测量第1后端101a上传资料流至第2后端101b的上传频宽，并将所述上传频宽的测量结果传送至所述第3后端101c；接着测量所述第2后端101b上传资料流至所述第3后端101c的上传频宽； 

若所述第1后端101a上传至所述第2后端101b的上传频宽为R kbps，而所述第2后端101b上传至所述第3后端101c的上传频宽只有3R/4kbps，即前者的上传频宽大于后者的上传频宽，则同时询问所述第1后端101a以及所述种子端100是否有能力另外上传资料流至所述第3后端101c，且同时由所述资料流来源2找出在其它线状网络拓扑10中，有能力另外上传资料流至所述第3后端101c的至少一个种子端100或后端101。 

假设所述第1后端101a以及所述种子端100皆有能力另外上传资料流至所述第3后端101c，且所述资料流来源2找出有能力另外上传资料流至所述第3后端101c的至少一个种子端100或后端101为一个种子端100a，则从所述种子端100a建立与所述第3后端101c的连线，且同时从所述第1后端101a、所述种子端100以及所述种子端100a另外上传资料流至所述第3后端101c，其中所述第1后端101a、所述种子端100以及所述种子端100a另外上传资料流至所述第3后端101c的频宽即等于1R/4kbps(R kbps扣除3R/4kbps)。 

经过一段时间后，从所述第1后端101a、所述种子端100以及所述种子端100a选出一延迟时间最低的后端或种子端，假设延迟时间最低的后端或种子端为所述种子端100，则仅由所述种子端100另外上传资料流至所述第3 后端101c，且所述种子端100另外上传资料流至所述第3后端101c的频宽即等于1R/4kbps(R kbps扣除3R/4kbps)。 

因此通过上述的网络拓扑及传输方式，将使得资料传输获得补偿效果，进而降低资料传输过程的延迟现象。 

通过上述的结构与方法，本发明可对一上传频宽不足的资料传送端进行补偿，进而有效改善因上传频宽不足所造成的延迟时间过长的问题，且因其具有较简单的拓扑结构，而能缩短建立所述拓扑结构的时间。 

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。