基于集中式P2P系统的节点管理方法

摘要

本发明公开了一种基于集中式P2P系统的节点管理方法，应用于请求节点向邻居节点请求内容服务的过程中，在综合考量P2P网络拓扑结构和其他影响服务质量的因素的基础上，对服务节点进行筛选、划分、动态补充和淘汰，能有效克服传统集中式P2P系统存在的节点服务质量不稳定，节点选择筛选标准单一等问题，提高节点获取邻居节点内容服务时的服务质量。

说明书

技术领域

本发明是一种基于集中式P2P系统的节点管理方法，属于多媒体技术领域。

背景技术

对等网络(Peer-to-Peer,P2P)技术是流媒体系统进行内容分发的一种重要方式。与传统C/S(客户端/服务器)架构下的内容分发技术相比，P2P系统使终端能利用自身的计算、存储、传输能力实现内容共享和交互，有着在大规模用户情况下依然能够保持较高传输性能的优点。集中式P2P系统是P2P系统的一种典型架构，集中式P2P系统有一台中心索引服务器采集存储P2P网络所有节点的基本信息和内容分布情况。节点请求内容时，首先发送请求给索引服务器，索引服务器响应并返回拥有该内容的一组节点(邻居节点集)，请求节点会选择邻居节点集中的部分节点建立连接，并向连接成功的节点集合(服务节点集)请求内容服务。

实现大吞吐、小时延的内容分发是P2P系统的主要目标，而如何对服务节点进行选取和管理是实现该目标的关键环节，针对该问题人们提出了如下解决方法：

1)连接建立前，从邻居节点集中筛选优质节点作为服务节点。例如，公开号为CN103036790A的专利提出一种基于带宽条件的节点选择方法，该方法将节点带宽条件作为节点选择标准，索引服务器收到节点内容请求后优先选取带宽条件良好的节点作为服务节点响应并返回。公开号为CN103906135A的专利提出的一种适用于蜂窝网络的节点选择系统，优先选择流量负载最小的小区中服务能力较强且具有合适上行带宽的节点作为服务节点，从而提高服务节点的服务质量，并使各小区达到负载均衡。公开号为CN102724223A的专利提出的一种节点选择方法将节点硬件类型和上网方式作为服务能力评估参数，请求节点建立连接前对节点进行择优选择。此类方法可以提高系统服务质量，但是由于只是在提供服务前对节点进行筛选，不能很好地应对服务过程中节点的动态离网可能造成的服务能力下降问题。

2)服务过程中，对服务节点集进行定时更新。公开号为CN104506537A的专利提出了一种节点选择方法，该方法优先选择跟请求节点地理位置和运营商相同的节点作为服务节点，并根据传输时延、是否拥有紧急内容分片来定期更新服务节点集。此类方法一定程度上解决了服务节点动态离网问题，但是由于筛选标准较单一，不能全面真实地反映节点服务能力，选出的服务节点服务能力不一定最优。公开号为CN102340515A的专利提出了一种节点选择系统，若域内节点已获取请求节点所需内容分片，则请求节点中断与域外服务节点的连接，转向域内节点请求内容分片，从而实现对P2P域外流量的疏导和控制，以节约骨干网带宽资源。公开号为CN103023928A的专利提出了一种P2P节点匹配方法，根据P2P节点的播放位置，优先选择同一资源下的播放位置最为相关的节点，以有效提高P2P节点间的连接通道使用率。

3)从系统架构角度，对节点进行分层管理。如公开号为CN101345684的专利提供了一种P2P节点管理方法，将P2P系统中用户管理实体和节点管理实体划分为与运营相关的应用层面和与运营无关的P2P层面，应用层面和P2P层面通过接口进行交互，使得系统可以针对不同的P2P运营策略进行灵活调整。此类方法能有效提高P2P系统的运营策略调整的灵活性，但并一定能有效提高服务节点集的服务质量。

上述节点管理方法都各自有其优点，但仍存在一定缺陷，主要是由于其未考虑节点动态离网、节点选择筛选标准较单一等问题。本发明提出的节点管理方法，在综合考量影响服务质量的参数基础上，对邻居节点进行筛选、划分、动态地补充和淘汰，能有效提供解决上述问题，达到保证节点服务质量的目的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于集中式P2P系统的节点管理方法，对邻居节点进行筛选、划分、动态地补充和淘汰，能有效提高邻居节点集的内容服务质量。

一种基于集中式P2P系统的节点管理方法，包括以下步骤：

步骤1：请求节点发送内容定位请求，请求信息中包含请求节点的网络划分区域标识；索引服务器通过该标识优先选择与请求节点处于同一网络划分区域的节点集合即原始集(Original Peer Set,OPS)信息返回给请求节点；节点信息除基本的连接信息外，还包括用于衡量节点服务质量的服务质量参数；

步骤2：对所述原始集进行初步筛选并建立连接，获取连接集(Connected PeerSet,CPS)；根据节点负载情况对所述原始集进行筛选，过滤掉负载过高的邻居节点；与筛选通过的节点尝试建立连接，成功建立连接的节点归于连接集，准备为请求节点提供内容分发服务；将连接失败的节点放入候补集(Backup Peer Set,BPS)；

步骤3：对连接集请求内容分片，执行节点选择流程；首先对所述服务质量参数进行量化、归一化，计算得到节点服务能力指数(Peer Service Index，PSI)，按照服务能力指数从高到低的顺序选择服务节点请求内容分片；当连接集中的服务质量参数发生更新时，重新计算各节点的服务能力指数；

步骤4：在连接集服务过程中，执行节点动态管理流程；动态管理流程包括节点淘汰过程、节点补充过程：

1)节点淘汰过程：当连接集中节点下载速率不达标，或已不持有任何节点需要的内容分片，则将节点移入候补集；若与服务节点的连接被断开，也移入候补集；

2)节点补充过程：首先尝试利用候补集中的邻居节点建立连接，若连接成功，则补充进

连接集；否则，继续选择候补集中其他节点尝试建立连接。

步骤2中对原始集进行初步筛选时，将负载过高的邻居节点作为候补节点，待服务节点服务能力不足时再次尝试连接。

所述服务质量参数包括节点负载情况、可用上行带宽、持有内容完整度、当前服务数、节点距离的至少一种。

步骤4中所述节点补充过程还包括：服务节点服务能力出现频繁波动时，服务节点在连接集和候补集中循环转移，每个邻居节点最多只能进入候补集中三次，若次数超过则将其删除。

有益效果：

1.本发明在邻居节点服务过程开始前，对邻居节点的负载情况进行考察，过滤掉负载过高的邻居节点，防止邻居节点因过载而宕机，保证了系统运行的稳定性。

2.本发明在服务节点服务过程中，对服务节点的服务质量参数进行实时性的综合考察，使请求节点能即时地获取服务节点的准确服务能力信息，使请求节点能准确筛选出优良的服务节点，提高了请求节点获取的服务质量。

3.本发明在服务节点服务过程中，对服务节点进行自适应地补充和淘汰，能有效应对服务节点因动态离网、网络环境波动等因素引起的服务质量下降问题，使请求节点获取的服务质量保持稳定。

附图说明

图1为本发明集中式P2P系统架构图；

图2为本发明基于集中式P2P系统的节点管理方法实施例流程图；

图3为图2实施例中节点淘汰过程流程图；

图4为图2实施例中节点补充过程流程。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的集中式P2P系统架构按照职能分为管理层、服务层、终端层。管理层的管理中心服务器通过与服务层通信实现对整个P2P系统的内容管理和节点管理。服务层包括索引服务器和超级节点，其中索引服务器负责采集终端的基本信息和内容分布情况，从而为终端请求内容时提供内容定位服务。超级节点负责存储和管理内容的纳入和老化，当终端层的内容服务能力不足时，超级节点能为请求节点提供辅助内容分发服务，以此保证服务质量。

一个请求节点(终端)获取内容的过程为：①请求节点先向索引服务器发起内容定位请求。②索引服务器选取并返回持有该内容的邻居节点(目标终端)信息。③请求节点与选取部分邻居节点建立连接，连接成功的称为服务节点。④请求节点从服务节点获取内容分片。⑤当服务节点的服务能力不足，则请求节点会转向超级节点去获取内容。⑥超级节点返回内容分片。

如图2所示，本发明提出的节点管理方法，在综合考察节点的网络拓扑结构和其他影响服务质量的因素的基础上，对邻居节点进行筛选、划分、动态补充和淘汰，使请求节点获得更好的内容服务质量。整体流程分为以下几个步骤：

步骤1：索引服务器选取原始集OPS

请求节点向索引服务器发送内容定位请求，请求信息中包含请求节点的网络划分区域标识(属于哪个省网和市网)。索引服务器通过该标识优先选择与请求节点处于同一网络划分区域的服务节点集(原始集OPS)信息返回给请求节点。节点信息除基本的连接信息外，还包括用于衡量节点服务质量的服务质量参数：

1)内容完整度(Content Integrity,CI)：在集中式P2P系统中，节点可以边下载边上传，各节点可能只拥有内容的部分分片。CI是节点持有内容分片量占总分片量比重的量化值，计算方法如公式1所示。CI是节点能否提供内容服务的决定性因素。

2)可用上行带宽(Peer Upstream Width,PUW):节点上传数据速度的量化值，计算方式如公式2所示。PUW是衡量节点服务能力的关键因素。

3)节点负载情况(Peer Load,PL)：PL参数用CPU利用率、内存占用率计算量化(公式3)获得。若PL超标代表节点负载过大，如果继续增大服务量可能会导致宕机，PL是节点必须满足的基本指标。

PL＝(1-CPU利用率)*50+(1-内存占用率)*50 (3)

4)当前服务数(Current Service Number,CSN)：邻居节点正在服务的节点数量。CSN可以作为衡量节点服务能力辅助参数，一定程度上也能反映PUW的变化趋势。

5)节点距离(Peer Distance,PD)。P2P网络中两个节点之间的距离，通常距离越近传输时延越小。可以用公式4(表示异或计算)算得到节点距离的近似量化值(数值在0-100之间)。PD越小代表两个节点越近。

步骤2：对OPS进行初步筛选并建立连接，获取连接集CPS

步骤2-1：根据节点负载情况对OPS进行筛选,过滤掉PL过高的邻居节点，防止其因继续增大服务量发生宕机。

步骤2-2：与筛选通过的节点尝试建立连接，成功建立连接的节点归于连接集CPS。准备为请求节点提供内容分发服务。由于连接失败可能是因邻居节点离网，网络环境波动等因素导致的，上述因素都可能在较短时间内恢复，所以不直接将连接失败的节点删除，而是放入候补集BPS。

步骤3：对CPS请求内容分片，执行节点选择流程

步骤3-1：对PL、PUW、CI、CSN、PD等服务质量参数归一化得到PL′、PUW′、CI′、CSN′、CSN′、PD′。对上述参数加权求和计算得到节点服务能力指数(Peer Service Index，PSI)，各参数的权重ω_i可根据网络情况自行设置。PSI越大表示该节点的服务能力越强。

PSI＝ω₁·PL'+ω₂·PUW'+ω₃·CSN'+ω₄·PD'+ω₅·CI'>

步骤3-2：按照PSI从高到低的顺序选择服务节点请求内容分片；

步骤3-3：当CPS中的服务质量参数发生更新，重新计算各节点的PSI；

步骤4：在CPS服务过程中，执行节点动态管理流程

步骤4-1：连接集CPS的节点淘汰流程如图3所示

步骤4-1-1：请求节点向CPS内服务节点请求服务。

步骤4-1-2：对各节点下载速率(Download Speed,DS)进行测量。若DS不达标，将节点移入候补集BPS；达标则进入步骤4-1-3。

步骤4-1-3：考察节点内容分片持有情况，若该节点已不持有任何请求节点需要的内容分片，移入候补集BPS。

步骤4-1-4：若节点服务过程中连接被断开，移入候补集BPS。

步骤4-2：连接集CPS的节点补充流程如图4所示

步骤4-2-1：请求内容分片，测量连接集CPS的服务能力(总下载速率)。若服务能力不达标，进入步骤4-2-2；若达标，则终止补充流程。

步骤4-2-2：尝试利用候补集BPS中的邻居节点建立连接。若成功，则补充至连接集CPS。为防止因服务节点服务能力出现频繁波动，节点在CPS和BPS中的循环转移，规定每个邻居节点最多只能进入BPS中三次，若次数超过则直接将其删除。

步骤4-2-3：若BPS无法满足补充CPS服务能力的要求，则重新进行内容定位，将定位获取的节点补充进CPS。