一种P2P覆盖网络的带宽分配方法

摘要

本发明提供一种P2P覆盖网络的带宽分配方法，该方法主要是对初始分配带宽X

说明书

技术领域

本发明属于带宽分配领域，特别涉及一种P2P覆盖网络的带宽分配方法。

背景技术

对等网络(Peer-to-Peer，P2P))是一种和客户/服务器网络相对立的网络体系结构。在对等网络中，服务器的角色被弱化，每个客户端节点可以充当服务器为其他客户端提供网络服务，又可以是客户端从其他的客户端节点处获取服务，比如文件下载、视频点播等服务。节点之间通过自组织的方式形成一个逻辑的覆盖网络，一起协同完成存储、索引、计算、数据分发等功能。相对于客户/服务器结构的网络，对等网络具有非中心化、自组织、可扩展性及健壮性高、无单点失败、性价比高、隐私保护与负载均衡性能好等特点。

对等网络强调用户的积极参与和分享协作成果，极大地调动了用户贡献资源的积极性。所有的对等网络应用用户不再像在传统网络环境里那样仅仅是单纯的消费者，而是同时担当了消费者与生产者的双重角色。虽然P2P覆盖网络具有以上优点，但是其也面临下列挑战：包括节点的上传带宽有线，客户端节点下载带宽、屏幕分辨率差、节点流动性高等问题过于复杂，使得网络节点只享受资源和服务而不为系统做贡献等。因此，解决上述问题需要增加节点的带宽容量，部署更多的服务器弥补网络资源的不足等；基于以上问题，现有技术提成了一些P2P覆盖网络的带宽分配方法，例如CN104023277A公开了一种基于纳什议价解的理论分配P2P带宽，又如CN107172125A公开了一种跨层PSP资源共享网络带宽公平分配算法，上述算法都是在起始极端由上游节点即服务提供者为下游节点提供初始分配的带宽，然后判断其是否为最优解，如果是，分配结束，如果不是，寻找最优解，但是在整个过程中，是符合对初始带宽为最优解的判断过程不明确，并且判断的算法不清楚，不能够准确地判断出是否为最优解，增大后续最优解选择的计算量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种P2P覆盖网络的带宽分配方法，该方法主要是对带宽分配的最优解进行判断，继而为后续最优解的计算提供基础，降低计算量，并且能够得到更加合理的最优解，保证为每个下游节点都提供保证流畅播放的带宽，提高整个网络构建的公平性和效益。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种P2P覆盖网络的带宽分配方法，P2P覆盖网络包括P2P对等网络、若干上游节点i和若干下游节点j，该方法包括如下步骤：

S1：上游节点统计自己的可用上行带宽T_i，下游节点设置可接收最高要价b_j及预算金额B_j；

S2：上游节点根据上行带宽T_i，为每一下游节点j分配带宽X_ij，并给出要价M_j；

S3：判断分配带宽X_ij是否为带宽分配的最优解，如果是，进行步骤S4，如果不是，进行步骤S5；

S4：带宽分配结束，上游节点按照分配带宽向下游节点传输数据；

S5：重新为下游节点确定带宽分配最优解。

进一步的改进，步骤S3包括：

S31：计算保证下游节点j播放流畅度的期望带宽W_j，b表示t时间段内要播放的视频数据量，ν表示播放平均码率，F表示播放流畅度，δ²表示视频播放码率的方差。

进一步的改进，步骤S3包括：

S32：下游节点j向上游节点申请带宽请求量Q_ij；

S33：计算所有下游节点j向上游节点申请的总带宽请求量U_ij，

U_ij＝[∑_j:j∈J(i)Q_ij]⁺

当Q_ij≥W_j时，U_ij＝∑_j:j∈J(i)W_j，当Q_ij＜W_j时，Uij＝∑_j:j∈J(i)Q_ij，其中，i表示上游节点，j表示下游节点，J(i)表示向上游节点申请带宽请求量的下游节点集合。

进一步的改进，步骤S3还包括：

S34：计算所有下游节点j得到的聚合带宽Y_ij，Y_ij＝∑_i:i∈I(j)X_ij，其中，i表示上游节点，j表示下游节点，I(j)表示为下游节点提供带宽的上游节点集合；

S35：计算带宽余量△H_ij＝Y_ij-U_ij，并将带宽余量与0进行比较；

S36：当△H_ij≥0时，判断分配带宽X_ij为最优解，当△H_ij＜0时，判断分配带宽X_ij不是最优解。

进一步的改进，步骤S5包括：

S51：保证所有下游节点都有流畅的播放度，上游节点i在ta时刻向下游节点j借用总带宽为N_ji，使得△H_ij＝0；

S52：计算未借用带宽的下游节点j的带宽预支付价格a表示未借用带宽的下游节点j的个数，并将c_j与b_j进行比较，当c_j≥b_j，计算应该支付给上游节点的总费用C_j＝∑_jc_j，并将C_j与B_j进行比较，当C_j≥B_j时，不向上游节点发出请求，当C_j＜B_j，发出确认请求；当c_j＜b_j，发出确认请求。

进一步的改进，步骤S5还包括：

S53：借用带宽给上游节点的下游节点设置带宽借用费用为d_j；

S54：计算实际支付给上游节点的费用E_ij＝C_j+∑_j:j∈L(i)d_j，其中L(i)表示借用带宽给上游节点的下游节点集合。

进一的改进，步骤S5还包括：

S55：设置带宽分配最优解F_ij，

a为系数在0和1之间。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种P2P覆盖网络的带宽分配方法，该方法主要是对初始分配带宽X_ij进行判断，根据判断结果，可以对初始分配带宽进行调整，继而降低整个系统的计算量，并且保证带宽分配的公平性和合理性，本发明在对带宽进行分配时，不但严格控制每一下游节点的带宽申请量，而且还要保证每个下游节点都具有流畅的播放速度，所以本发明在对带宽分配进行判断的时候也结合了各下游节点的播放流畅度，继而也提高所有下游节点对分配代理的利用率。

附图说明

图1为本发明一种P2P覆盖网络的带宽分配方法的流程图；

图2为本发明步骤S3的流程图；

图3为本发明步骤S5的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供一种P2P覆盖网络的带宽分配方法，如图1所示，P2P覆盖网络包括P2P对等网络、若干上游节点i和若干下游节点j，该方法包括如下步骤：

S1：上游节点统计自己的可用上行带宽T_i，下游节点设置可接收最高要价b_j及预算金额B_j；

S2：上游节点根据上行带宽T_i，为每一下游节点j分配带宽X_ij，并给出要价M_j；

S3：判断分配带宽X_ij是否为带宽分配的最优解，如果是，进行步骤S4，如果不是，进行步骤S5；

S4：带宽分配结束，上游节点按照分配带宽向下游节点传输数据；

S5：重新为下游节点确定带宽分配最优解。

本发明通过对初始分配的带宽进行限定，继而系统地对分配带宽X_ij是否为最优解进行判断，继而可以减低后续的计算量，具体判断过程如图2所示，

S31：计算保证下游节点j播放流畅度的期望带宽W_j，

b表示t时间段内要播放的视频数据量，ν表示播放平均码率，F表示播放流畅度，δ²表示视频播放码率的方差；

S32：下游节点j向上游节点申请带宽请求量Q_ij；

S33：计算所有下游节点j向上游节点申请的总带宽请求量U_ij，

U_ij＝[∑_j:j∈J(i)Q_ij]⁺

当Q_ij≥W_j时，U_ij＝∑_j:j∈J(i)W_j，当Q_ij＜W_j时，Uij＝∑_j:j∈J(i)Q_ij，其中，i表示上游节点，j表示下游节点，J(i)表示向上游节点申请带宽请求量的下游节点集合；

S34：计算所有下游节点j得到的聚合带宽Y_ij，Y_ij＝∑_i:i∈I(j)X_ij，其中，i表示上游节点，j表示下游节点，I(j)表示为下游节点提供带宽的上游节点集合；

S35：计算带宽余量△H_ij＝Y_ij-U_ij，并将带宽余量与0进行比较；

S36：当△H_ij≥0时，判断分配带宽X_ij为最优解，当△H_ij＜0时，判断分配带宽X_ij不是最优解。

U_ij＝[∑_j:j∈J(i)Q_ij]⁺

当Q_ij≥W_j时，U_ij＝∑_j:j∈J(i)W_j，当Q_ij＜W_j时，Uij＝∑_j:j∈J(i)Q_ij，此处需要解释的是，当某一下游节点的Q_ij≥W_j时，该下游节点的Q_ij取值为W_j，其余下游节点的Q_ij＜W_j，取值仍为Q_ij。

本发明提供一种P2P覆盖网络的带宽分配方法，该方法主要是对初始分配带宽X_ij进行判断，根据判断结果，可以对初始分配带宽进行调整，继而降低整个系统的计算量，并且保证带宽分配的公平性和合理性，本发明在对带宽进行分配时，不但严格控制每一下游节点的带宽申请量，而且还要保证每个下游节点都具有流畅的播放速度，所以本发明在对带宽分配进行判断的时候也结合了各下游节点的播放流畅度，继而也提高所有下游节点对分配代理的利用率。

实施例2

本发明实施例2提供一种P2P覆盖网络的带宽分配方法，该方法与实施例1的基本相同，不同的是，如图2所示，本发明进一步对步骤S5进行限定，具体包括：

S51：保证所有下游节点都有流畅的播放度，上游节点i在ta时刻向下游节点j借用总带宽为N_ji，使得△H_ij＝0；

S52：计算未借用带宽的下游节点j的带宽预支付价格a表示未借用带宽的下游节点j的个数，并将c_j与b_j进行比较，当c_j≥b_j，计算应该支付给上游节点的总费用C_j＝∑_jc_j，并将C_j与B_j进行比较，当C_j≥B_j时，不向上游节点发出请求，当C_j＜B_j，发出确认请求；当c_j＜b_j，发出确认请求；

S53：借用带宽给上游节点的下游节点设置带宽借用费用为d_j；

S54：计算实际支付给上游节点的费用E_ij＝C_j+∑_j:j∈L(i)d_j，其中L(i)表示借用带宽给上游节点的下游节点集合；

S55：设置带宽分配最优解F_ij，

a为系数在0和1之间。

本发明在对初始分配带宽X_ij进行平判断的过程中就集合了播放流畅度，所以当分配带宽X_ij不是最优解的时候，只需要在此基础上进行适当的调节，就可以保证带宽分配的公平性，降低了计算量，并且保证每个下游节点接收的带宽最优解能够被充分利用，不会还有剩余的带宽，还会保证播放的流畅性提高了整个带宽分配的公平性、合理性。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。