CN102724597A - 一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法。该方法具体为：处于同一子网或相邻的机顶盒被放入同一domain中，同一domain节点互传速率较高，所有domain属于集合DM，不同domain之间链路用en表示结合Breed传输方法，分发树D由S0-Sm组成，利用初始分发阶段带宽要求不高的特点尽快将F分发到不同domain中。该方法由设计拓扑结构到算法实现，从其性能上来说在节点不是很多的情况下相比与FastReplica算法更具有安全性，当某个节点断开，或者出现不可预测的故障时对整个***的文件分发几乎不受影响，使得***的健壮性更强。

Description

一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法

技术领域

本发明涉及数字家庭技术领域，尤其涉及一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法。

背景技术

近年来在宽带网络的普遍化、液晶及等离子电视价格合理化的趋势下，不论是中大型企业或广告媒体商都能以相当经济的建设成本，就可以建立一个新型态网络联机的多媒体播放频道。然而，大家都会发现一个多媒体播放频道如果没有良好的管理平台，往往无法有效地运作，甚至失去存在的意义。因此，可以有效管理、容易维护、内容丰富多彩才是企业或广告媒体商所需要的多媒体播放频道。IPAD(IP机顶盒多媒体信息发布***)***透过Internet/Intranet网络，集中管理所有分布于全区/全市/全省/全国的多媒体广告机播放点，使节目或广告内容的播放可以全网集中管理，实时更新最新节目内容，并可实时插播节目。***采取全网集中管理的模式设计，配合各个播放端采用专用多媒体播放控制器，具有安装快速、维护容易的特性，可以迅速建立一个有效管理的媒体播放频道，不论是做为企业对内公布信息、或对外宣传、或专业广告媒体频道，IPAD***都是企业或广告媒体商最佳的选择。

在此IPAD项目背景下经研究发现，基于机顶盒的信息发布***发布任务时***大部分资源消耗在了传输影片文件的过程中。如何降低文件传输时间成为提高***响应能力的主要问题。文件传输方法的设计目标是将资源文件尽快分发到所有节点。传统的信息发布***采用文件源直接向所有终端推送文件的方式完成文件发布，如图1中传输模式所示，黑点为资源获得点，灰点为正在接受点，这种方法受限于文件源节点出口带宽，传输效率不高。而目前常见路由硬件仍然不支持广播传送方式，从而考虑利用节点自身传输能力协助分发。

在PZP应用领域，Gnutena和KaZaa协议致力于快速定位资源所在的节点；而BitTorrent则是简化了定位工作，当节点从Tracke服务器取得所需文件的torrent文件之后即可得知当前拥有这些文件的源节点列表。BitTbrrent采用Choke/unchoke机制保证了能力较强、供给带宽较多的节点能够获得较大的下载带宽，其公平性以及可被实践证明的传输效率获得了众多应用的欢迎。但是这些PZP协议是针对hitemet等完全异构的网络设计的，并且花费了大量精力用于管理与协调完全自发加入传输网络的平等节点，这些协议无法发挥内部或者是专有网络环境的带宽优势以及集中式结构的控制效率。

另一些协议称为应用层组播(Application Layer Multicast)，这些协议将分发过程组织为树状结构，如图2所示，虽然底层节点获取数据时延较高，但各个节点都能获得较为理想的带宽，较适合视频直播等类型应用。

而在信息发布***中，文件源即为控制服务器中心节点，并且网络拓扑在***部署实施时即可静态确定，考虑到机顶盒终端处理能力较弱的特点，我们将调度工作统一放到分区控制中心，由控制中心指挥节点在某时间访问合适的父节点获取资源文件。

FastReplica分发策略：

如图3、图4所示分别为FastReplica分发策略方法的分发阶段和收集阶段示意图。

假设请求文件节点数为N，分发流程如下：

1)分发阶段：文件源将数据文件F分为n份然后将不同的数据块Fi分发到各自对应节点Ni；

2)收集阶段：节点N接受到完整的数据块后，将这整个数据块转发给节点集合中所有其他节点{N1，N2，N3，...Nn}...{Ni}；

3)节点将接收到的数据块按序合并即可得到完整文件。

现有技术的缺点：

1、FastReplica方法需要同一节点从N-1个节点接受数据的同时向这些节点发送自身数据块，对节点压力较大。

2、该方法一旦遇到部分链路故障或者单节点失效则需要重新分配文件块。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法。

一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法，采用MultiBreed方法的传输模式，处于同一子网或相邻的机顶盒被放入同一domain中，同一domain节点互传速率较高，所有domain属于集合DM，不同domain之间链路用en表示，结合Breed传输方法，分发树D由S0-Sm组成，利用初始分发阶段带宽要求不高的特点尽快将F分发到不同domain中，则分发树D生成方法描述如下：

1)初始时分发树D’仅包含文件源节点d0∈S0，设当前传输层面为Sj，j＝0；

2)计算出D’内所有节点所属的domain集合DM’，找出一不属于DM’且与DM’有接壤且链路权值ei最小的domain(i)；

3)若domain(i)存在则选择与ei直接相连的节点di加入Sj与D’，di父节点设为与ei另一端连接的节点dp，ei权值加1；

4)若domain(i)不存在，表明所有domain都有了文件源，则随机选择di加入sj与D’，从D’中选择属于同一domain权值最小的节点dp作为父节点，dp权值加1；

5)若|Sj|＝2j，则开始计算下一层面，j加1，所有节点d权值清0；

6)若|D’|＝N，方法结束；否则返回2继续生成树。

MultiBreed方法将资源文件E传输分为m层，处于第m层时，已经获得数据的S0，S1...Sm-1层节点向Sm层节点发送文件E，所需时间Tm为：

$\mathrm{Tm}=\frac{E*\mathrm{Sm}}{\min (B*\mathrm{Sm},B*\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Si})}\≥\frac{E}{B}.$

本发明技术方案带来的有益效果：MultiBreed方法由设计拓扑结构到方法实现，从其性能上来说在节点不是很多的情况下相比与FastReplica方法更具有安全性，当某个节点断开，或者出现不可预测的故障时对整个***的文件分发几乎不受影响，使得***的健壮性更强。在网络节点较多的情况下***由于采用多种子节点分发策略，***的分发几乎是多个种子节点同步发放，种子数指数式的增长，所以在节点较多时文件的分发时间呈指数趋势下降，比传统方法更具效率上的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中信息发布***普通传输模式结构图；

图2是现有技术中应用层组播结构示意图；

图3是现有技术中FastReplica分发方法的分发阶段示意图；

图4是现有技术中FastReplica分发方法的收集阶段示意图；

图5是本发明MultiBreed传输模式示意图；

图6是本发明MultiBreed分发树结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法。该方法即MultiBreed方法，充分利用了网络拓扑的结构特点和分发过程特性，在安全性和分发效率方面比传统的方法都有明显的性能提高。

MultiBreed方法的传输模式如图5所示：

MultiBreed方法将资源文件E传输分为m层，处于第m层时，已经获得数据的S0，S1...Sm-1层节点向Sm层节点发送文件E，所需时间Tm为：

$\mathrm{Tm}=\frac{E*\mathrm{Sm}}{\min (B*\mathrm{Sm},B*\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Si})}\≥\frac{E}{B}$

将E分发到所有节点N所需时间为各层传输时间之和

可见若Sm＝N即传输模式1，所需时间为

实验中选择

即Sm＝2^m时同一时刻发送方与接收方数量相等，

针对MultiBreed的传输模式，提出了MultiBreed的分发树生成方法，其中MultiBreed分发树结构图如6所示：

在部署阶段将机顶盒分布拓扑结构用图6表示，处于同一子网或相邻的机顶盒被放入同一domain中，同一domain节点互传速率较高，所有domain属于集合DM，不同domain之间链路用en表示，结合Breed传输方法，分发树D由S0-Sm组成，利用初始分发阶段带宽要求不高的特点尽快将F分发到不同domain中，则分发树D生成方法描述如下：

1)初始时分发树D’仅包含文件源节点d0∈S0，设当前传输层面为Sj，j＝0；

2)计算出D’内所有节点所属的domain集合DM’，找出一不属于DM’且与DM’有接壤且链路权值ei最小的domain(i)；

3)若domain(i)存在则选择与ei直接相连的节点di加入Sj与D’，di父节点设为与ei另一端连接的节点dp，ei权值加1；

4)若domain(i)不存在，表明所有domain都有了文件源，则随机选择di加入sj与D’，从D’中选择属于同一domain权值最小的节点dp作为父节点，dp权值加1；

5)若|Sj|＝2j，则开始计算下一层面，j加1，所有节点d权值清0；

6)若|D’|＝N，方法结束；否则返回2继续生成树。

MultiBreed方法由设计拓扑结构到方法实现，从其性能上来说在节点不是很多的情况下相比与FastReplica方法更具有安全性，当某个节点断开，或者出现不可预测的故障时对整个***的文件分发几乎不受影响，使得***的健壮性更强。在网络节点较多的情况下***由于采用多种子节点分发策略，***的分发几乎是多个种子节点同步发放，种子数指数式的增长，所以在节点较多时文件的分发时间呈指数趋势下降，比传统方法更具效率上的优势。

以上对本发明实施例所提供的一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种基于网络拓扑结构的机顶盒文件分发方法，其特征在于，该方法采用MultiBreed方法的传输模式，处于同一子网或相邻的机顶盒被放入同一domain中，同一domain节点互传速率较高，所有domain属于集合DM，不同domain之间链路用en表示，结合Breed传输方法，分发树D由S0-Sm组成，利用初始分发阶段带宽要求不高的特点尽快将F分发到不同domain中，则分发树D生成方法描述如下：

1)初始时分发树D’仅包含文件源节点d0∈S0，设当前传输层面为Sj，j＝0；

2)计算出D’内所有节点所属的domain集合DM’，找出一不属于DM’且与DM’有接壤且链路权值ei最小的domain(i)；

3)若domain(i)存在则选择与ei直接相连的节点di加入Sj与D’，di父节点设为与ei另一端连接的节点dp，ei权值加1；

4)若domain(i)不存在，表明所有domain都有了文件源，则随机选择di加入sj与D’，从D’中选择属于同一domain权值最小的节点dp作为父节点，dp权值加1；

5)若|Sj|＝2j，则开始计算下一层面，j加1，所有节点d权值清0；

6)若|D’|＝N，方法结束；否则返回2继续生成树。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，MultiBreed方法将资源文件E传输分为m层，处于第m层时，已经获得数据的S0，S1...Sm-1层节点向Sm层节点发送文件E，所需时间Tm为：

$\mathrm{Tm}=\frac{E*\mathrm{Sm}}{\min (B*\mathrm{Sm},B*\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Si})}\≥\frac{E}{B}.$

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