信息通信專業(yè)資料 應(yīng)用層組播概述word版

1、應(yīng) 用 層 組 播 概 述應(yīng)用層組網(wǎng)首先是要基于組播和重疊網(wǎng)技術(shù)。下面將先介紹組播和重疊網(wǎng)技術(shù)。組播傳輸是一對(duì)多通信且發(fā)送的數(shù)據(jù)是一致的時(shí)候。發(fā)送方只要發(fā)送一份數(shù)據(jù)，而在路由器上進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)。因此適用于那些在時(shí)間上具有集中性、而在空間上具有分布性的應(yīng)用?？蛇_(dá)到減少帶寬浪費(fèi)（相對(duì)與單播而言）和降低服務(wù)器處理負(fù)擔(dān)的目的。IP 組播是對(duì)Internet 基本的單播、盡力發(fā)送模型擴(kuò)充，它把組播的主要功能都放在路由器上實(shí)現(xiàn)。它有組播的優(yōu)點(diǎn)，但也存在很多弊端，如下所述：首先路由器必須為每個(gè)組播組單獨(dú)保存狀態(tài)，擴(kuò)展性很差。要求所有參加組播的終端之間的路由器都必須支持組播功能，加大了對(duì)路由器的要求。試圖用一種

2、統(tǒng)一的組播模型來適應(yīng)所有的應(yīng)用，而現(xiàn)實(shí)中不同的應(yīng)用對(duì)組播的要求差別很大，這給組播算法的設(shè)計(jì)造成很大的困難。組播組的管理方法存在缺陷，在組播組的加入、退出和管理等方面開銷大，組播組的加入和出的延遲也很大。對(duì)那些不是時(shí)間上具有集中性、而在空間上具有分布性的應(yīng)用，效果比較差。IP 組播的地址空間不夠，在分配上存在困難。正是由于IP組播存在這樣多的不足，所以要研究在應(yīng)用成上組網(wǎng)，盡量減少它的缺點(diǎn)。重疊網(wǎng)模型它保持Internet原有的單播、盡力發(fā)送模型，盡量不改變?cè)瓉砭W(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，而主要通過增加端系統(tǒng)的功能來實(shí)現(xiàn)組播的功能。由于對(duì)網(wǎng)絡(luò)本身的改變很少，應(yīng)用層組播具有很好的靈活性。但是，端系統(tǒng)的穩(wěn)定性一

3、般不如專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，應(yīng)用層組播在帶寬利用效率方面也無法和IP組播相比。應(yīng)用層組播的主要優(yōu)勢(shì)(1)應(yīng)用層組播便于實(shí)現(xiàn)和推廣。它只需要改變端系統(tǒng)，而不需要對(duì)路由器進(jìn)行任何修改。(2)應(yīng)用層組播便于針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，可以針對(duì)不同的應(yīng)用使用不同的實(shí)現(xiàn)方案，而不必象IP 組播那樣必須統(tǒng)一到一個(gè)模型中。應(yīng)用層組播的主要缺點(diǎn)(1) 一般會(huì)比IP 組播使用更多的網(wǎng)絡(luò)資源。(2) 由于參與轉(zhuǎn)發(fā)的端系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，導(dǎo)致組播轉(zhuǎn)發(fā)的可靠性受到影響。(3) 由于參與轉(zhuǎn)發(fā)的端系統(tǒng)的性能無法保證，可能導(dǎo)致延遲、轉(zhuǎn)發(fā)速率等性能的下降。應(yīng)用層組播的主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)的多媒體傳輸。一方面這利用了多媒體信息的性質(zhì)，即在傳輸鏈路質(zhì)量

4、下降的情況下，用戶仍然可以利用收到的低速率的或者不完整的信息，這適用于同一組播組中的多個(gè)用戶可能接收能力不同的情況。組播節(jié)點(diǎn)的組織方法：組播節(jié)點(diǎn)的組織方法決定了組播節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。目前主要方式是樹、網(wǎng)和特定的邏輯結(jié)構(gòu)。Tree 的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單，維護(hù)的開銷小，擴(kuò)展性好。它的缺點(diǎn)是可靠性比較差，這主要由于Tree 一般節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)通路是唯一的，是單一故障點(diǎn)。而Mesh 和Tree 的優(yōu)缺點(diǎn)恰好相反，節(jié)點(diǎn)一般有多個(gè)接收數(shù)據(jù)通路，可靠性比較高；但維護(hù)開銷比較大，擴(kuò)展性比較差。在大組播組的應(yīng)用中一般使用Tree，而在一些中小組播組的應(yīng)用中使用Mesh。如何結(jié)合Tree和Mesh 的優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)值得研究的

5、問題。特定的邏輯結(jié)構(gòu)一般擴(kuò)展性好，且不需要路由算法，其主要問題是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)映射后所建立的邏輯結(jié)構(gòu)一般不能很好的利用網(wǎng)絡(luò)的性能，這是目前這些算法分析中很少涉及的。組播節(jié)點(diǎn)的維護(hù)方法：組播節(jié)點(diǎn)的維護(hù)包括：節(jié)點(diǎn)的加入、退出和“失效”節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)。節(jié)點(diǎn)的加入指新的組播節(jié)點(diǎn)如何發(fā)現(xiàn)組播組的存在、并加入到組播組中。目前大部分算法都假設(shè)存在一個(gè)或者多個(gè)“集中點(diǎn)”RP，通過RP 完成加入的管理。這種方式的缺陷是，RP很容易成為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)瓶頸。節(jié)點(diǎn)退出時(shí)需要發(fā)出退出組播組的通知，有些算法還要對(duì)組播節(jié)點(diǎn)的組織進(jìn)行調(diào)整?！笆А笔侵腹?jié)點(diǎn)沒有發(fā)出退出組播組的通知，而節(jié)點(diǎn)已經(jīng)無法正常工作。目前對(duì)“失效”節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)一般使

6、用定期發(fā)送報(bào)文的方法?；趹?yīng)用層組播實(shí)例：PALS Framework:綜述由于單對(duì)單的媒體流通信時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多的弊端。如發(fā)送者帶寬的變化，會(huì)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)速率有很大的影響，特別是對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)而言。這樣接收方收到的數(shù)據(jù)僅沒有很好的保證。從相對(duì)的意義上講這樣也是對(duì)重疊網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。為了很好的保證接收方的利益，引入了PALS（P2P Adaptive layered streaming）模型。它是一種采用多個(gè)發(fā)送者和單個(gè)接收者之間的媒體流通信。尤其是針對(duì)實(shí)時(shí)媒體流傳輸，性能有更大的改善。PALS設(shè)計(jì)目標(biāo)是在不同發(fā)送者帶寬隨機(jī)變化時(shí)，達(dá)到有效的使用帶寬資源，并保持在穩(wěn)定傳輸?shù)那闆r下媒體流性能最優(yōu)。多個(gè)發(fā)送

7、者和單個(gè)接收者之間的通信，特別是分布式的不同種類對(duì)等實(shí)體之間媒體流的傳輸，有很多的問題的存在亟須解決。首先在一次數(shù)據(jù)發(fā)送中，終端的帶寬并不是已知不變的，相反可能還會(huì)有很大的變化。所以發(fā)送者必需要提供友好的擁塞控制（發(fā)送者和接收者之間是采用UDP進(jìn)行連接的，用以更好的保證它的實(shí)時(shí)性）。其次，由于多個(gè)發(fā)送者之間網(wǎng)絡(luò)特性的不同，而且發(fā)送者可能隨時(shí)退出通信過程，這樣就要求發(fā)送者在發(fā)送媒體流的同時(shí)攜帶網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的集總信息，且多個(gè)發(fā)送者之間要協(xié)同工作。PALS原理對(duì)上述圖示，它是一個(gè)基于Internet的重疊網(wǎng)。有三個(gè)發(fā)送方和一個(gè)接收方進(jìn)行媒體流通信。接收方將收到的流按照帶寬的不同要求進(jìn)行分成處理。接收到的

8、不同帶寬的數(shù)據(jù)流就進(jìn)入不同的buffer。再對(duì)buffer中同一個(gè)流，但是它有更佳的性能特性的流進(jìn)行解碼送出播放，以在接收方能達(dá)到一個(gè)最佳的效果。同時(shí)在由解碼出來的數(shù)據(jù)得到控制信息，用以控制滑動(dòng)窗口的大小。而窗口的大小選擇可以使傳輸質(zhì)量的穩(wěn)定性與自適應(yīng)質(zhì)量機(jī)制對(duì)總體的帶寬變化所做出的響應(yīng)達(dá)到均衡。自適應(yīng)質(zhì)量機(jī)制又將產(chǎn)生的一些信息傳遞給發(fā)送者，從而達(dá)到最佳利用發(fā)送者帶寬資源的效果。其實(shí)其本質(zhì)上就是采用接收較多相同的數(shù)據(jù)流，在從其中選出最符合要求的讓接收方播放。即以數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂嘈詠磉_(dá)到更好的視覺效果。基于上述的原理，如果針對(duì)多個(gè)發(fā)送者和多個(gè)接收者的情況，也可以采用類似的方法。假設(shè)有兩個(gè)接收者同步

9、或幾乎同步需要同一個(gè)數(shù)據(jù)塊，而p2p網(wǎng)絡(luò)中又4個(gè)源。則接收者可以選用物理距離上最接近它的兩個(gè)源相其傳送數(shù)據(jù)。在兩個(gè)接收者之間也可以傳送數(shù)據(jù)。假定兩個(gè)接收者是選用不同的源的，則可以將接收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)的在傳給對(duì)方。這之間將會(huì)有很多問題的存在，如接收者之間的地址的傳送，對(duì)有多與2個(gè)接收者之間的選取問題，以及對(duì)不是同步的，但相差不多的接收者之間的關(guān)系等等。相信有一個(gè)研究的空間！ZIGZAG：對(duì)媒體流處理的一種高效的對(duì)等方案實(shí)現(xiàn)一個(gè)源多個(gè)接收者的媒體流傳輸，我們利用應(yīng)用層組播地方式，通過終端進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)來完成流的傳輸，本文采用的是一種新的P2P流技術(shù)ZIGZAG.ZIGZAG有如下優(yōu)點(diǎn)：1. 樹的連續(xù)性

10、由一組規(guī)則來約束，以保證樹的高度和節(jié)點(diǎn)數(shù)不會(huì)太大。2. 網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)影響可以很容易解決而無需改變規(guī)則。3. 差錯(cuò)恢復(fù)只是局部性的，只是影響一部分存在的接收者，不會(huì)增加源的負(fù)擔(dān)。ZIGZAG方案包含兩個(gè)主要的部分：管理組織代表對(duì)等體之間的邏輯關(guān)系，組播樹表示他們之間的物理關(guān)系（即對(duì)等體之間是如何連接的）。管理組織：對(duì)等體是按多層的層次化結(jié)構(gòu)組織的。 0層包含所有的對(duì)等體。 j(j<H-1)層的對(duì)等體被劃分成大小為k,3k的集。H-1層只有一個(gè)集。 選擇j層的一個(gè)集中的一個(gè)對(duì)等體作為該集的頭。如果j<H-1，那么該頭就成為j+1層的一個(gè)成員。組播樹：在越接近源的地方節(jié)點(diǎn)的量級(jí)越大，即在傳

11、輸路徑上很容易發(fā)生瓶頸。我們使用一個(gè)不相關(guān)的頭作為父節(jié)點(diǎn)就有比較好的特性。當(dāng)父節(jié)點(diǎn)失效后，它的子節(jié)點(diǎn)仍然工作，這樣就可以使子節(jié)點(diǎn)很快且很方便地與父節(jié)點(diǎn)建立連接?？刂茀f(xié)議：為了保持它在組播樹和管理組織中的位置與連接，j層的集中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要周期性地與j層的其它集以及它的子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。客戶加入：當(dāng)有新的用戶加入時(shí)，組播樹就要增加。加入的算法如下： 一個(gè)新的用戶P向服務(wù)器提出請(qǐng)求，如果目前管理組織只有一層的話，那么P就可以很簡單地連接到服務(wù)器上，否則地話，加入請(qǐng)求就會(huì)沿著組播樹向下轉(zhuǎn)發(fā)，直到找到一個(gè)合適的對(duì)等體加入。 如果 X是葉子節(jié)點(diǎn)，那么就只將P加到集X中，使P成為X的一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，

12、否則 如果Addable（X）選擇子節(jié)點(diǎn)Y使得Addable（Y）和D（Y）d（Y，P）達(dá)到最小 并將該加入請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Y；否則選擇子節(jié)點(diǎn)Y使得Reachable(Y) 和 D(Y)+d(Y, P)達(dá)到最小，并將該加入請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Y。上圖即為分解算法圖客戶退出：當(dāng)某個(gè)用戶因?yàn)槿藶榈幕蚴且馔獾脑驅(qū)е率?，那么它的父?jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)都會(huì)知道它的失效，它的父節(jié)點(diǎn)就會(huì)刪除與它的連接。上圖即為失效恢復(fù)圖。ZIGZAG的核心思想就是利用一個(gè)不相關(guān)的頭來代替集的頭，以完成對(duì)該集的其它成員的內(nèi)容的轉(zhuǎn)發(fā)。因?yàn)閆IGZAG對(duì)組播樹的高度進(jìn)行了限制，這樣整個(gè)樹的長度就有限，因而可以減少端到端的延時(shí)，另外，它還能降低控制開

13、銷和維護(hù)開銷，能夠有效地進(jìn)行加入和失效恢復(fù)。一種適用于IP視頻會(huì)議的混合式組播技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在采用混合式組播的IP視頻會(huì)議中,與會(huì)成員組成如圖1所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在每個(gè)IP組播島內(nèi),與會(huì)成員之間的數(shù)據(jù)傳輸使用IP組播,并選定一個(gè)與會(huì)成員作指定成員(Designate Member, DM),把島內(nèi)除DM外的與會(huì)成員稱為其他成員(Pertinent Member, PM),DM是島內(nèi)成員與島外成員之間通信的橋梁。島外成員與DM參加應(yīng)用層組播疊加網(wǎng)5(包括一個(gè)控制拓?fù)浜鸵粋€(gè)數(shù)據(jù)拓?fù)?的構(gòu)建,將其稱為應(yīng)用層組播成員(ALM Member, AM),AM之間的數(shù)據(jù)傳輸使用應(yīng)用層組播。IP組播島中PM通過D

14、M與疊加網(wǎng)相連,DM與島外成員之間的數(shù)據(jù)傳輸采用應(yīng)用層組播方式,與島內(nèi)的成員之間的數(shù)據(jù)傳輸使用IP組播的方式。DM負(fù)責(zé)將來自疊加網(wǎng)的數(shù)據(jù)以IP組播方式傳送給組播島中PM,PM的數(shù)據(jù)也通過IP組播方式傳送到DM,由DM以應(yīng)用層組播的方式發(fā)送給疊加網(wǎng)上的其他與會(huì)成員。DM的選取原則:島中第一個(gè)參加會(huì)議的成員被設(shè)為DM,以后可以根據(jù)某種策略(如參加會(huì)議的時(shí)間最長者或物理位置“中心”點(diǎn)成員,或剩余帶寬資源最多者等)選定某個(gè)成員作為DM。如果DM離開,則根據(jù)某種策略從島內(nèi)的PM中選擇一個(gè)作DM。圖1 混合式組播拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖基于分層排列圖的混合式組播控制拓?fù)錁?gòu)建一個(gè)排列圖實(shí)例A4,2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。排

15、列圖An,2僅能容納n(n-1)個(gè)主機(jī)。為使系統(tǒng)可容納任意多主機(jī),可將參與主機(jī)組合成多個(gè)An,2結(jié)構(gòu),這些An,2按照樹形結(jié)構(gòu)連接在一起,稱為分層排列圖結(jié)構(gòu)。 圖2 排列圖A4,2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖3 以與會(huì)主機(jī)為單位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖4 以排列圖混合式組播的核心任務(wù)是為AM完成拓?fù)?包括數(shù)據(jù)拓?fù)浜涂刂仆負(fù)?的構(gòu)建。由于網(wǎng)絡(luò)狀況的動(dòng)態(tài)性,以及客戶端數(shù)量與客戶端加入系統(tǒng)時(shí)間的不確定性,當(dāng)前的應(yīng)用層組播方案一般需要每個(gè)結(jié)點(diǎn)定期與其他全部或一定比例的結(jié)點(diǎn)交換控制信息,以了解其他結(jié)點(diǎn)的狀態(tài),形成控制拓?fù)?保障數(shù)據(jù)拓?fù)涞慕研浴Ｔ诮Y(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)逐漸增加時(shí),網(wǎng)絡(luò)上的控制信息數(shù)量會(huì)占用大量的帶寬資源。應(yīng)用層組播的數(shù)據(jù)拓?fù)?/p>

16、可分為二大類:信源樹和共享樹。信源樹必須為每個(gè)組播源保存路由信息,這樣會(huì)占用大量的系統(tǒng)資源。共享樹傳輸延時(shí)較大。IP視頻會(huì)議系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)交互應(yīng)用,視音頻數(shù)據(jù)占據(jù)很大的帶寬,并且對(duì)端到端傳輸延遲和網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)的要求很高,需要尋找一種既可以減少交換控制信息又可以保證視音頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐負(fù)錁?gòu)建方式。為利用排列圖的優(yōu)越特性(如結(jié)點(diǎn)和邊的對(duì)稱性、故障恢復(fù)能力和容錯(cuò)能力、可以嵌入獨(dú)立的組播樹等),這里采用分層排列圖的結(jié)構(gòu)來組織混合式組播中的AM。這里把參與IP視頻會(huì)議所有主機(jī)中的AM組織成分層排列圖結(jié)構(gòu),作為混合式組播的控制拓?fù)?并在主機(jī)申請(qǐng)加入會(huì)議時(shí)根據(jù)其帶寬處理能力和一定的算法規(guī)定它的入度最大值和出度最

17、大值,它們分別也是剩余入度和剩余出度的初始值。每個(gè)分層排列圖都對(duì)應(yīng)一棵以排列圖為結(jié)點(diǎn)單位的樹。如圖3所示的以與會(huì)主機(jī)為單位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)由3個(gè)A4,2結(jié)構(gòu)(AG1、AG2和AG3)所組成的分層排列圖。圖3也可以看作如圖4所示的以排列圖為單位的樹結(jié)構(gòu),即以排列圖AG2為根、以AG1和AG3為葉子的一棵樹狀拓?fù)?。設(shè)在分層排列圖中,父排列圖AGi中的結(jié)點(diǎn)i1和i2分別是子排列圖AGj的數(shù)據(jù)源結(jié)點(diǎn)和備用數(shù)據(jù)源結(jié)點(diǎn),AGj中的結(jié)點(diǎn)j1和j2分別是i1和i2對(duì)應(yīng)的根結(jié)點(diǎn),則在樹拓?fù)渲懈概帕袌DAGi與子排列圖AGj的連線實(shí)際上包括2條:(1)i1與j1之間的連線;(2)i2與j2之間的連線。圖4中父排列圖

18、AG2與其子排列圖AG1之間的連線有2條:(1)圖3中AG2的a14與AG1的a31之間的連線;(2)圖3 中AG2的a24與AG1的a41之間的連線。各排列圖之間的連線在混合式組播中并不一定作為數(shù)據(jù)傳輸路徑。數(shù)據(jù)拓?fù)錁?gòu)建基于分層排列圖的混合式組播的控制拓?fù)涫欠謱优帕袌D,其數(shù)據(jù)拓?fù)湓诖嘶A(chǔ)上構(gòu)建,具體算法如下:設(shè)某排列圖中的與會(huì)成員主機(jī)ai, j發(fā)言,首先把分層排列圖對(duì)應(yīng)的樹結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為以ai, j所在的排列圖為根的樹結(jié)構(gòu),然后執(zhí)行步驟(1)(2)。把a(bǔ)i, j所處的排列圖作為當(dāng)前排列圖,在當(dāng)前排列圖中用文獻(xiàn)6中的算法生成以ai, j為根的組播樹,并修改當(dāng)前排列圖中所有結(jié)點(diǎn)的剩余入度值和剩余出度

19、值。(1)為當(dāng)前排列圖的所有子排列圖選擇數(shù)據(jù)源、備用數(shù)據(jù)源和根結(jié)點(diǎn)(為描述方便起見,這里分別把它們記為s1、s2和r)。為某個(gè)子排列圖選擇數(shù)據(jù)源s1、備用數(shù)據(jù)源s2和根結(jié)點(diǎn)r的算法如下:令與會(huì)成員主機(jī)結(jié)點(diǎn)子集A=am, n | am, n屬于當(dāng)前排列圖, ai, j與am, n相鄰接并且am, n的剩余出度值大于0。·若|A|>1,則在A中選擇剩余出度值最大者作為數(shù)據(jù)源s1,次大者作為備用數(shù)據(jù)源s2,此時(shí)一定可以選取合適的根結(jié)點(diǎn)使得組播樹獨(dú)立。若|A|=0,則選擇在當(dāng)前排列圖中選擇最大剩余出度結(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)源s1,次大者作為備用數(shù)據(jù)源s2。若|A|=1,則選擇A中的結(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)源

20、s1,選擇當(dāng)前排列圖中其他成員中最大剩余出度結(jié)點(diǎn)作為備用數(shù)據(jù)源s2。s1和s2的剩余出度值分別減1。在此子排列圖中先后選取數(shù)據(jù)源s1對(duì)應(yīng)的根結(jié)點(diǎn)r,并把選出的根結(jié)點(diǎn)的剩余入度值減1。當(dāng)s1不能正常工作或失效時(shí),s2作為r的數(shù)據(jù)源結(jié)點(diǎn)。選取根結(jié)點(diǎn)時(shí)既要考慮結(jié)點(diǎn)的剩余出度值和剩余入度值,又要注意盡量保證組播樹的獨(dú)立性。如果能保證組播樹獨(dú)立性的結(jié)點(diǎn)的剩余入度值全為零,則選取子排列圖中的剩余入度值最大者。在此子排列圖內(nèi)根據(jù)文獻(xiàn)6中的算法生成以r為根的組播樹,并修改相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的剩余出度值和剩余入度值。(2)如果還有再下一級(jí)的子排列圖,則令ai, j=當(dāng)前排列圖的相應(yīng)子排列圖的根結(jié)點(diǎn)的r,轉(zhuǎn)(1);否則,結(jié)

21、束。圖3給出了AG1中的a31和AG2中的a41發(fā)言時(shí)根據(jù)以上算法為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層組播建立的組播樹,分別以虛線和實(shí)線表示。在AG1、AG2和AG3中分別由三個(gè)DM(a34、a42、a41)作為IP組播島的數(shù)據(jù)源結(jié)點(diǎn),組播島內(nèi)的IP組播樹分別以它們?yōu)楦?由它們傳輸?shù)絀P組播島中的PM。IP組播島中對(duì)應(yīng)的IP組播樹在圖3中沒有畫出。兩種樹拓?fù)鋬?yōu)先的方案介紹：ALMIALMI是美國華盛頓大學(xué)St.Louis分校計(jì)算機(jī)系2001年發(fā)布的研究成果，是最早開發(fā)的應(yīng)用層組播中間件之一。ALMI實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用層組播的基礎(chǔ)服務(wù)功能，包括組播樹構(gòu)造、成員管理、組播數(shù)據(jù)分發(fā)和自組織組網(wǎng)，支持在小規(guī)模的只有少量成員(幾十

22、個(gè))的組之間進(jìn)行可靠通信。ALMI基本上可以劃分為兩個(gè)模塊:一個(gè)是會(huì)話控制器模塊，屬于控制平面，功能包括會(huì)話管理、組播樹構(gòu)造和自組織組網(wǎng);另一個(gè)是成員管理模塊，屬于數(shù)據(jù)平面，功能包括成員操作和組播數(shù)據(jù)分發(fā)。ALMI的會(huì)話控制器只屬于控制平面，并不影響會(huì)話成員間的數(shù)據(jù)分發(fā)，即使會(huì)話控制器失效，只要失效前所形成的成員關(guān)系不發(fā)生變化，成員間仍然能夠進(jìn)行通信。ALMI使用集中式控制方法來維護(hù)組播樹的一致性和有效性，由一個(gè)網(wǎng)關(guān)控制服務(wù)器根據(jù)終端問的延遲為每一個(gè)組生成一顆數(shù)據(jù)路由樹。ALMI的一個(gè)會(huì)話包括一個(gè)會(huì)話控制器和多個(gè)會(huì)話成員，會(huì)話控制器和會(huì)話成員間的通信依靠ALMI的控制協(xié)議進(jìn)行。會(huì)話控制器集中處

23、理成員注冊(cè)，周期性地計(jì)算和維護(hù)組播樹，并將結(jié)果以(parent, children)列表的形式通知所有成員。ALMI的組播樹是帶度約束的雙向共享樹，樹中的成員之間具有父子關(guān)系。一旦構(gòu)造好組播樹，會(huì)話成員就可以發(fā)送或接收組播數(shù)據(jù)，同時(shí)也負(fù)責(zé)向鄰居結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)。Void（1）數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)渌谢跀?shù)據(jù)拓?fù)鋬?yōu)先方法的組播協(xié)議都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)共享的數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)錁?，每個(gè)成員的任務(wù)就是找到合適于自己的父結(jié)點(diǎn)。既然Void是直接建立的數(shù)據(jù)傳輸樹，那么為了使組播達(dá)到更好的性能，它就會(huì)對(duì)樹的結(jié)構(gòu)給出直接的限制，例如每個(gè)成員結(jié)點(diǎn)的度、鄰接點(diǎn)的選擇等。當(dāng)有新成員需要加入時(shí)，其會(huì)查詢RP 得到的已加入成員的信息，然后新

24、成員通過這些信息找到合適的父結(jié)點(diǎn)。一個(gè)結(jié)點(diǎn)如果成為這個(gè)新成員的合適的父結(jié)點(diǎn)必須滿足兩個(gè)條件：如果選其做新成員的父結(jié)點(diǎn)，數(shù)拓?fù)渖蠈⒉粫?huì)出現(xiàn)循環(huán)；如果選新成員做其子結(jié)點(diǎn)不會(huì)超過其度的要求。如果新成員找到了多個(gè)合適的父結(jié)點(diǎn)，那么它將根據(jù)具體實(shí)際量度的要求來找出最合適的一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。由于每個(gè)成員都會(huì)自己選擇合適的度即子結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，則很有可能導(dǎo)致樹的深度加深，使得數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)比較長的傳輸路徑。（2）控制拓?fù)錇榱朔乐褂捎谀硞€(gè)非葉結(jié)點(diǎn)的意外斷開而使得整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸樹被分割，Void中的每個(gè)成員會(huì)在數(shù)據(jù)傳輸拓?fù)渖想S機(jī)選取一些非父結(jié)點(diǎn)填加到其的連接，這樣便組成了控制拓?fù)?。終端系統(tǒng)組播(Narada) 終端系統(tǒng)組播簡

25、介終端系統(tǒng)組播提出Narada 協(xié)議,運(yùn)行完全分發(fā)協(xié)議,終端系統(tǒng)以自組織方式形成覆蓋網(wǎng)絡(luò)。終端系統(tǒng)通過適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)性和考慮應(yīng)用層的性能指標(biāo)優(yōu)化覆蓋網(wǎng)的效率。在進(jìn)行設(shè)計(jì)Narada 提出了以下目標(biāo):(1) 自組織(Self2organize) 。終端覆蓋網(wǎng)的構(gòu)造要以完全分發(fā)的方式,動(dòng)態(tài)適應(yīng)組成員變化時(shí),需具有較強(qiáng)的魯棒性。(2) 有效的覆蓋網(wǎng)。覆蓋網(wǎng)的構(gòu)造必須使物理傳輸鏈路的冗余性最小化。(3) 自身優(yōu)化的能力。終端系統(tǒng)要能廣泛收集網(wǎng)絡(luò)中的信息,并借此對(duì)Mesh 網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的優(yōu)化。構(gòu)造Mesh 網(wǎng)基于Mesh 網(wǎng)的構(gòu)造,是因?yàn)樾枰M(jìn)行多源的服務(wù)。Mesh網(wǎng)允許我們對(duì)每個(gè)發(fā)送源構(gòu)造最優(yōu)樹,

26、可以將成員的管理抽象到Mesh 層。構(gòu)造Mesh 網(wǎng)不存在集合點(diǎn)(rendezvous point)節(jié)點(diǎn)，也就是說可以通過聯(lián)系任何已知的活躍組成員執(zhí)行加入操作；通過交換控制消息來獲取組中其它成員的位置隨機(jī)選擇一些組成員作為自己的鄰居，鄰居節(jié)點(diǎn)之間交換更新消息維護(hù)Mesh。我們?cè)跇?gòu)造分發(fā)樹時(shí)還可以使用已有的路由算法。以下我們介紹Mesh 網(wǎng)的構(gòu)造:(1) 新成員加入Mesh 網(wǎng)當(dāng)有成員加入組時(shí),Narada 假設(shè)該成員可以利用外部引導(dǎo)機(jī)制獲得組成員的列表。這個(gè)列表并不需要非常的完全和準(zhǔn)確,但至少要包含一個(gè)當(dāng)前活動(dòng)的組成員。該成員從它的列表中隨機(jī)的選擇一些組成員和給他們發(fā)送加入鄰居的信息請(qǐng)求。重復(fù)

27、這個(gè)過程,直到從列表成員中獲得響應(yīng)。一旦獲得加入,成員開始與它的鄰居交換刷新信息,使成員之間能相互的了解。(2) 成員離開和失敗當(dāng)成員離開組時(shí),它就通知鄰居,這個(gè)信息通過Mesh 網(wǎng)傳送到其他的組成員。假設(shè)C 成員失效了,Mesh 網(wǎng)中C 的鄰居A 和G接收不到C 的刷新信息,他們獨(dú)立地發(fā)送探測(cè)消息到C ,所以每個(gè)發(fā)送信息(與C 的回應(yīng)) 都丟失的可能性很小。如果是這種情況,A 和G就假定C 失效,因此把這個(gè)信息發(fā)送到整個(gè)Mesh 網(wǎng)。如果節(jié)點(diǎn)A 失效,那就造成Mesh 網(wǎng)的分離,就要運(yùn)行一定的算法進(jìn)行驗(yàn)證,一旦確認(rèn),就要加上鏈路,將兩個(gè)分開的Mesh 網(wǎng)重新連接起來。每個(gè)成員需要保留有失效的

28、組成員,這樣才能區(qū)分是新成員的刷新,還是失效的成員的重申,失效的成員能在滿足一定的時(shí)間重新被激活。(3)Mesh 網(wǎng)分離的修復(fù)成員的失效可能導(dǎo)致Mesh 網(wǎng)的分離。例如在圖1 中,如果成員A 失效,到達(dá)一定的時(shí)間,Mesh 網(wǎng)的兩邊就不再接收成員之間的刷新信息,Mesh 網(wǎng)就分離了。在此情況下,成員必須首先檢測(cè)到Mesh 網(wǎng)分離的存在,然后用至少添加一條覆蓋鏈路去重新連接。圖1 Mesh 網(wǎng)的失效情況每個(gè)成員保持有tm 時(shí)間,在這段時(shí)間內(nèi)沒有收到成員的更新信息,并利用一定的算法,計(jì)算出失Mesh 網(wǎng)性能的優(yōu)化以下原因使Narada 構(gòu)造的Mesh 網(wǎng)并不一定是最優(yōu)的:(1) 新節(jié)點(diǎn)的加入并沒有

29、考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?2) 分離和修復(fù)可能產(chǎn)生多余的鏈路。(3) 組成員之間因加入、離開是不斷變化。(4) 底層的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、路由、負(fù)載情況不盡相同。所以Narada 利用一定的策略算法對(duì)鏈路進(jìn)行評(píng)估,添加和去除鏈路優(yōu)化性能。分發(fā)樹的構(gòu)造在Mesh 網(wǎng)上運(yùn)行距離向量協(xié)議和構(gòu)造最短路徑剪枝樹。分發(fā)樹的質(zhì)量取決于所構(gòu)造的Mesh 網(wǎng)的性能。因?yàn)榉职l(fā)樹是在Mesh 網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行剪枝構(gòu)造的,所以Mesh 網(wǎng)的構(gòu)造是極為關(guān)鍵的。3.2可擴(kuò)展應(yīng)用層組播(NICE) NICE 簡介NICE 是一種可擴(kuò)展的應(yīng)用層組播,主要針對(duì)大量接收者的低帶寬、數(shù)據(jù)流應(yīng)用,它基于分層的結(jié)構(gòu),同時(shí)具有較小的控制負(fù)荷,有利于它的擴(kuò)展性

30、。采用Implicit方法和基于層次化（Hierarchical）的節(jié)點(diǎn)集群（Cluster）思想，可以支持大量接收者的組播應(yīng)用。NICE 的數(shù)據(jù)拓?fù)潆[含在它的控制拓?fù)渲?因而還可以支持不同源的數(shù)據(jù)分發(fā)樹;并且由于它的分層,進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)較為迅速。NICE 的控制拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)拓?fù)涑蓡T怎么進(jìn)行分層,NICE 分層將成員賦予不同的層。圖2所示,從L0 到L1 層在每個(gè)層中,成員被分為多個(gè)群集,每個(gè)群集的數(shù)量k3k-1。圖2 NICE 成員的分層控制拓?fù)涞膱D形,將每層群集中的領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)連接起來,每個(gè)節(jié)點(diǎn)只包含一定常數(shù)量的成員信息,這樣有更好的擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)拓?fù)?、圖形,可以在控制拓?fù)渖?單源進(jìn)行方便的構(gòu)造,分

31、發(fā)樹隱含在控制拓?fù)渲?可以方便地構(gòu)造多個(gè)分發(fā)樹?？刂仆?fù)?每個(gè)層中群集的成員可以很快地清楚其對(duì)等成員的變化信息。如圖3中B0 可以知道L0 層上A0 ,A1 ,A2 ,還有L1 層上B1 ,B2 ,C0 的信息,鄰居之間信息的交換在控制拓?fù)渖辖粨Q。數(shù)據(jù)拓?fù)?組播數(shù)據(jù)的分發(fā)路徑需要防止循環(huán)。數(shù)據(jù)的分發(fā)是一個(gè)具有固定源的樹。如圖4 所示,從源A0 發(fā)送數(shù)據(jù)的情況我們可以看出數(shù)據(jù)拓?fù)潆[含于控制拓?fù)渲?。圖3 NICE控制拓?fù)?圖4 NICE數(shù)據(jù)拓?fù)銷ICE 協(xié)議的描述(1) 成員的加入當(dāng)一個(gè)成員要加入組播組的時(shí)候必須映射到L0 層的某個(gè)群集上。從高層開始向匯聚點(diǎn)進(jìn)行提出查詢,尋找最近的成員,然后順序查詢至L0 層。(2) 群集的維持和精簡成員的分裂和聚合:群集中的領(lǐng)導(dǎo)成員定期地檢測(cè)群集中成員的數(shù)目。如果群集的數(shù)目超過3k-1 ,那么就將這個(gè)群集分裂成兩個(gè)數(shù)量相同的群集;如果群集的數(shù)目少于k ,那么就將群集進(jìn)行聚合。群集的優(yōu)化:因?yàn)槌蓡T的加入不一定加到最近的群集中(可能由于查詢和響應(yīng)信