CN112039931B - 一种用于p2p网络的弹性广播方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于P2P网络的弹性广播方法，当创建完需要广播的数据后，申请将所述数据放入广播队列中，所述广播队列是广播数据的汇总集，将所述数据根据时间先后进行顺序排列；在广播队列中检查数据状态根据数据状态的不同动态调整数据排列先后；当完成队列排序后，对处于广播队列中的所有的节点均发送任务并循环队列，通过连接器连接所述节点的目标地址，当目标地址接收数据后记录数据发送结果，本发明还延伸出一种用于P2P网络的弹性广播系统，包括节点管理器、广播管理器、数据管理器，解决了在超大型P2P网络中数据广播的最大面积覆盖问题、数据丢失问题以及网络风暴问题。

Description

一种用于P2P网络的弹性广播方法及系统

技术领域

本发明涉及区块链技术领域，特别是一种用于P2P网络的弹性广播方法及系统。

背景技术

在P2P网络中，去中心化是其特征，去掉了中心后那么将没有统一的管理与协调者，那么P2P网络中的各节点将无法得知整个网络的整体面貌，那么就很难做出基于全网的有针对性的行为。比如在P2P网络中，当需要将一条数据快速的传遍整个网络时，由于不知道网络中有多少节点，以及哪些节点已经接收过这个数据，所以往往采用向网络中所有的已知节点发送一遍数据，但是由于接收到数据的节点也不知道其它哪些节点已经接收过数据，所接收到的节点又会向网络中它所已知的节点全部再发送一遍，如此往复，每个节点接收到时都不知道别人是否已经收到过，所以就会一直广播，虽然进行广播动作的节点可以进行过滤，不发送给那些自己已广播过的节点，但是依然会广播2的N次方次，随着节点的增加，广播次数呈指数增加，这会在网络增加到一定规模时在网络中形成一个广播风暴。尤其是当P2P网络应用于区块链时，区块链的数据处理有其时间限制，如果不能在有一个有效时间范围内让数据得到充分广播，那么可能影响正常业务的开展。那么如何在没有中心控制节点且不用知道全局节点的情况下，还能尽可能的将数据广播到全部节点，成为一个急需解决的问题。

发明内容

本发明旨在提出一种用于P2P网络的弹性广播方法及系统，解决了在超大型P2P网络中数据广播的最大面积覆盖问题，解决了数据在P2P网络中广播时的丢失问题，解决了数据在P2P网络中广播所产生的网络风暴问题。

一种用于P2P网络的弹性广播方法，所述广播方法包括：

S1、当创建完需要广播的数据后，申请将所述数据放入广播队列中，所述广播队列是广播数据的汇总集，将所述数据根据时间先后进行顺序排列；

S2、在广播队列中检查数据状态，所述数据状态包括但不限于数据类型、数据所处的当前节点规模、数据广播时间、数据广播时间与节点广播可用时间的差值；根据数据状态的不同动态调整数据排列先后；

S3、当完成队列排序后，对处于广播队列中的所有的节点均发送任务并循环队列，通过连接器连接所述节点的目标地址，当目标地址接收数据后记录数据发送结果。

进一步的，S2中所述检查数据状态的过程包括：

S21、根据数据广播的缓急分为紧急型数据和普通型数据，将所述紧急型数据放入广播队列的前面，将所述普通型数据按照接收顺序放入广播队列中；

S22、检查当前节点规模，初步估算当前数据广播所需时间和数据广播时可用时间，当广播所需时间大于可用时间时申请更多广播时间，当广播所需时间等于可用时间时，广播队列匹配并将数据发送给下一个节点，当广播所需时间小于可用时间时，广播队列将数据广播至下一批广播覆盖时间最短的节点。

进一步的，所述循环队列过程包括：

S31、提取发送任务并获取发送任务的类型和发送目标地址；

S32、开始循环目标地址并发送所需要广播的数据，所述循环目标地址的过程包括根据单向广播和多向广播的类型选择连接器；

S33、通过连接器向目标地址建立连接并发送数据，确认目标地址已接收数据后，记录数据发送结果。

一种用于P2P网络的弹性广播系统，所述系统包括：

节点管理器：用于搜索P2P网络中的新节点，维持已知节点的有效性并记录各节点的历史活动情况；

广播管理器：用于将数据广播到网络中，广播的方式包括但不限于定向广播、组合广播，所述广播的方式根据应用场景的实际情况选择适当的方式进行广播；

数据管理器：用于管理需要广播的数据，记录接收到的数据并根据广播管理器反馈的结果，评估数据在P2P网络的分布，以及评估数据在P2P网络中的覆盖面，当后续确认数据存在缺失时，进行重新补发，

其中，所述节点管理器、广播管理器和数据管理器互相交叉网状连接，所述广播管理器根据节点管理器收集的节点信息选择适当的方式进行广播，数据管理器根据广播管理器反馈的结果调整数据广播队列。

进一步的，所述节点管理器包括：

网络连接模块：用于为节点管理器提供网络支持，根据上层应用环境不同选择不同的网络连接方式；

节点扫描模块：用于探测当前可触及网络范围内是否有可用节点，在扫描过程中获悉包括但不限于节点连接速度、节点响应时间、节点操作系统；

节点列表模块：用于记录由节点扫描模块返回的信息，并记录后续与节点交互过程中产生的信息，为后续的操作提供数据支撑。

进一步的，所述广播管理器包括：

广播方式管理模块：用于通过初始时代码定义广播的方式，上层应用不能动态修改，在定义广播方式的过程中支持包括但不限于HTTP、HTTPS、Webscoket、WebRTC在内的传输协议；

定向广播管理模块：针对指定的目标地址进行定向数据的发送，通过底层的通信协议完成数据发送，对发送状态进行跟踪；

群组广播管理模块：用于向一组节点或者一群节点发送信息。

进一步的，所述数据管理器包括：

队列管理模块：用于管理即将进行广播的数据，并维护队列的有效性，广播时根据队列的排队规则从队列里顺序取出所需广播数据即可；

接收数据模块：用于接收外部的数据，并将外部的数据存入本地，同时将影响队列管理模块的数据提交给所述队列管理模块进行处理；

网络数据模块：用于保存和分析网络的连接情况，动态维护网络的效率及负担情况，并提供队列管理模块实时调整队列方案。

本发明为了解决问题，从时间和范围两个角度出发，根据需要广播的数据量动态调整自己的广播时间，这里的广播时间小于或等于节点可用时间，并根据过往的数据广播情况动态调整首批广播节点范围，做到单位时间内广播覆盖率在全局范围内做到最优。

附图说明

图1为本发明所提及弹性广播方法的流程示意图；

图2是本发明所提及弹性广播方法中检查数据的工作流程图；

图3是本发明所提及弹性广播方法中循环队列的工作流程图；

图4是本发明所提及弹性广播系统的组成示意图；

图5是本发明所提及节点管理器的组成示意图；

图6是本发明所提及广播管理器的组成示意图；

图7是本发明所提及数据管理器的组成示意图，

其中：1节点管理器；2广播管理器；3数据管理器；101网络连接模块；102节点扫描模块；103节点列表模块；201广播方式管理模块；202定向广播管理模块；203群组广播管理模块；301队列管理模块；302接收数据模块；303网络数据模块

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-3所示，本发明为了解决在没有中心控制节点且不用知道全局节点的情况下，还能尽可能的将数据广播到全部节点，提出一种用于P2P网络的弹性广播方法，方法的具体过程包括如下内容：

S1、当创建完需要广播的数据后，申请将所述数据放入广播队列中，所述广播队列是广播数据的汇总集，将所述数据根据时间先后进行顺序排列；

S2、在广播队列中检查数据状态，所述数据状态包括但不限于数据类型、数据所处的当前节点规模、数据广播时间、数据广播时间与节点广播可用时间的差值；根据数据状态的不同动态调整数据排列先后；

S3、当完成队列排序后，对处于广播队列中的所有的节点均发送任务并循环队列，通过连接器连接所述节点的目标地址，当目标地址接收数据后记录数据发送结果。

从时间的利用角度来看，以A节点与B节点广播数据的过程为例，节点广播数据时，每一次广播数据都有记录A节点发送给B节点时的广播速度，同时也记录了A节点广播给B节点的广播成功次数，同时也记录B节点广播给A节点的数据频次，当A节点需要进行下一次广播时，需要计算在A节点的可用时间内完成所有数据从A节点到B节点发送所需的时间，如果当A节点发送数据到B节点后还有时间剩余的话，则继续计算A节点在剩余时间内还能发送数据至多少个节点，并从节点列表中选取速度最快的节点集合进行广播，在广播过程中有可能出现广播至节点集合中的某一个节点时，且没有完全覆盖所有节点的广播，发送数据的节点的可用时间用完，那么就继续上一次广播到的节点位置继续广播，以保证A节点广播了全部数据的同时，还能通过不同的数据覆盖全部节点，提高单位时间内广播效率。

优选的，S2中所述检查数据状态的过程包括：

S21、根据数据广播的缓急分为紧急型数据和普通型数据，将所述紧急型数据放入广播队列的前面，将所述普通型数据按照接收顺序放入广播队列中；

S22、检查当前节点规模，初步估算当前数据广播所需时间和数据广播时可用时间，当广播所需时间大于可用时间时申请更多广播时间，当广播所需时间等于可用时间时，广播队列匹配并将数据发送给下一个节点，当广播所需时间小于可用时间时，广播队列将数据广播至下一批广播覆盖时间最短的节点。

优选的，所述循环队列过程包括：

S31、提取发送任务并获取发送任务的类型和发送目标地址；

S32、开始循环目标地址并发送所需要广播的数据，所述循环目标地址的过程包括根据单向广播和多向广播的类型选择连接器；

S33、通过连接器向目标地址建立连接并发送数据，确认目标地址已接收数据后，记录数据发送结果。

除了从时间的利用角度考虑之外，其次在广播范围的选取上，为了避免出现2的N次方的广播风暴问题，在广播时，全网通过如下几种方式组织节点地址列表，而不是每次都发送全部或者发送固定的几点节点，造成广播重复，特定的组织方式可以根据节点遇到的具体业务场景进行确认，这里列举几种特定的组织方式，比如：

方式一、将IP地址按数字进行排序，每个节点发送时都从第一个比自己大的节点开始发送，这种组织方式优点是简单，缺点是容易造成覆盖率低；

方式二、将IP地址进行分组，比如以每57个地址为一组，每组里面的第一个节点负责广播自己组内的节点，这种组织方式较方式一略好；

方式三、通过分析所有历史广播数据，粗略评估出P2P网络的规模大小，并按照正方形面积最大原则将整个P2P网络按照节点数拆分为多个正方形，长宽分别为节点数，各自广播自己所处的矩形，

上述三种方式复杂程度越来越高，但是覆盖率也是越来越高。

根据上述弹性广播方法衍伸出一种用于P2P网络的弹性广播系统，包括：

节点管理器1：用于搜索P2P网络中的新节点，维持已知节点的有效性并记录各节点的历史活动情况；

广播管理器2：用于将数据广播到网络中，广播的方式包括但不限于定向广播、组合广播，所述广播的方式根据应用场景的实际情况选择适当的方式进行广播；

广播的方式多种多样，最简单的形式就是直接通过HTTP协议发送一段数据，但是安全系数低，较为安全的方式是发送前获取对方公钥，将数据采用自身私钥加密后，再通过加密协议，比如HTTPS进行发送，在此需要说明的是，广播方式的选用均在本发明的保护范围之内。

数据管理器3：用于管理需要广播的数据，记录接收到的数据并根据广播管理器2反馈的结果，评估数据在P2P网络的分布，以及评估数据在P2P网络中的覆盖面，当后续确认数据存在缺失时，进行重新补发，

其中，所述节点管理器1、广播管理器2和数据管理器3顺序连接，所述广播管理器2根据节点管理器1收集的节点信息选择适当的方式进行广播，数据管理器3根据广播管理器2反馈的结果调整数据广播队列。

进一步的，所述节点管理器1包括：

网络连接模块101：用于为节点管理器提供网络支持，根据上层应用环境不同选择不同的网络连接方式，这里的网络连接方式包括有线网络、无线网络、蜂窝网络、3G网络、4G网络、蓝牙，上层协议支持HTTP、HTTPS、Webscoket、WebRTC，它为节点扫描模块提供在这些网络环境下的网络连接能力；

节点扫描模块102：用于探测当前可触及网络范围内是否有可用节点，在扫描过程中获悉包括但不限于节点连接速度、节点响应时间、节点操作系统在内的信息，由于所有节点都是按照一个明确的网络传输协议来运行的，所以节点扫描模块只需要按照该协议即可发现是否存在这些节点，这里优先选择两种传输协议方式：

1)协议一是所有节点开放一个固定的端口如编号为9000，只要在网络地址上编号9000的端口处于开放状态即可发现该节点，另外一个较为安全；

2)协议二是所有节点在一个确定的端口开发一个数据请求，可以是加解密请求，也可以是固定数据请求，只要发现有网络地址上开放了该端口且其返回的数据符合该端口的解密算法，就可以发现该节点。

上述两种传输协议在发现节点时，从发起扫描到确认节点，以及从节点返回的协议数据，可以获悉包括但不限于节点连接速度、节点响应时间、节点操作系统在内的信息

节点列表模块103：用于记录由节点扫描模块返回的信息，并记录后续与节点交互过程中产生的信息，为后续的操作提供数据支撑。

进一步的，所述广播管理器2包括：

广播方式管理模块201：用于通过初始时代码定义广播的方式，上层应用不能动态修改，在定义广播方式的过程中支持包括但不限于HTTP、HTTPS、Webscoket、WebRTC在内的传输协议，上层应用在调用时需要指定传输协议方式进行广播，而且如果有新的广播传输协议通过添加即可，在此需要说明的是，传输协议的种类选取并不限定本发明的保护范围；

定向广播管理模块202：针对指定的目标地址进行定向数据的发送，通过底层的通信协议完成数据发送，对发送状态进行跟踪，当网络超时或者失败时将重试指定的次数，并根据当前网络的健康情况重新将数据放回队列；

群组广播管理模块203：用于向一组节点或者一群节点发送信息，群组广播的优点在于向本群组的领头节点或组播地址发送一次数据即可，而不用向群组内所有节点都一一发送，这种发送方式提高了发送效率，节省了发送时间，同时也间接实现了一种向内网节点发送数据的方法，这里的内网是逻辑上的内网，优选为P2P网络中分组后的一个组，当向一个组成功完成一个数据的广播时，将记录为整个组已经全部完成广播。

进一步的，所述数据管理器3包括：

队列管理模块301：用于管理即将进行广播的数据，并维护队列的有效性，对于需要优先广播的数据优先放入队列前面，对于在队列中等待超时的数据及时进行清除，对于突然从外部收到的队列中的数据将从队列中清除，广播队列设定有一个排队规则，数据在进行广播前即按照需要广播的方式进行排队，广播时根据队列的排队规则从队列里顺序取出所需广播数据即可；

接收数据模块302：用于接收外部的数据，并将外部的数据存入本地，同时将影响队列管理模块的数据提交给所述队列管理模块进行处理，节点列表中维护节点数据的收发情况均是从这里接收数据并进行处理；

网络数据模块303：用于保存和分析网络的连接情况，动态维护网络的效率及负担情况，并提供队列管理模块实时调整队列方案。

通过上述节点管理器1、数据管理器2、广播管理器3的运行动态调整广播节点范围，做到单位时间内广播覆盖率在全局范围内做到最优，解决了在超大型P2P网络中数据广播的最大面积覆盖问题，解决了数据在P2P网络中广播时的丢失问题，解决了数据在P2P网络中广播所产生的网络风暴问题

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种用于P2P网络的弹性广播方法，其特征在于，所述广播方法包括：

S1、当创建完需要广播的数据后，申请将所述数据放入广播队列中，所述广播队列是广播数据的汇总集，将所述数据根据时间先后进行顺序排列；

S2、在广播队列中检查数据状态，所述数据状态包括数据类型、数据所处的当前节点规模、数据广播时间、数据广播时间与节点广播可用时间的差值，根据数据状态的不同动态调整数据排列先后；

S3、当完成队列排序后，对处于广播队列中的所有的节点均发送任务并循环队列，通过连接器连接所述节点的目标地址，当目标地址接收数据后记录数据发送结果；

S2中所述检查数据状态的过程包括：

S21、根据数据广播的缓急分为紧急型数据和普通型数据，将所述紧急型数据放入广播队列的前面，将所述普通型数据按照接收顺序放入广播队列中；

S22、检查当前节点规模，初步估算当前数据广播所需时间和数据广播时可用时间，当广播所需时间大于可用时间时申请更多广播时间，当广播所需时间等于可用时间时，广播队列匹配并将数据发送给下一个节点，当广播所需时间小于可用时间时，广播队列将数据广播至下一批广播覆盖时间最短的节点。

2.根据权利要求1所述的一种用于P2P网络的弹性广播方法，其特征在于，所述循环队列过程包括：

S31、提取发送任务并获取发送任务的类型和发送目标地址；

S32、开始循环目标地址并发送所需要广播的数据，所述循环目标地址的过程包括根据单向广播和多向广播的类型选择连接器；

S33、通过连接器向目标地址建立连接并发送数据，确认目标地址已接收数据后，记录数据发送结果。

3.一种运行如权利要求1所述用于P2P网络的弹性广播方法的系统，其特征在于，所述系统包括：

节点管理器：用于搜索P2P网络中的新节点，维持已知节点的有效性并记录各节点的历史活动情况；

广播管理器：用于将数据广播到网络中，广播的方式包括定向广播、组合广播，所述广播的方式根据应用场景的实际情况选择适当的方式进行广播；

数据管理器：用于管理需要广播的数据，记录接收到的数据并根据广播管理器反馈的结果，评估数据在P2P网络的分布，以及评估数据在P2P网络中的覆盖面，当后续确认数据存在缺失时，进行重新补发，

其中，所述节点管理器、广播管理器和数据管理器互相交叉网状连接，所述广播管理器根据节点管理器收集的节点信息选择适当的方式进行广播，数据管理器根据广播管理器反馈的结果调整数据广播队列。

4.根据权利要求3所述的一种用于P2P网络的弹性广播系统，其特征在于，所述节点管理器包括：

网络连接模块：用于为节点管理器提供网络支持，根据上层应用环境不同选择不同的网络连接方式；

节点扫描模块：用于探测当前可触及网络范围内是否有可用节点，在扫描过程中获悉包括节点连接速度、节点响应时间、节点操作系统；

节点列表模块：用于记录由节点扫描模块返回的信息，并记录后续与节点交互过程中产生的信息，为后续的操作提供数据支撑。

5.根据权利要求3所述的一种用于P2P网络的弹性广播系统，其特征在于，所述广播管理器包括：

广播方式管理模块：用于通过初始时代码定义广播的方式，上层应用不能动态修改，在定义广播方式的过程中支持包括HTTP、HTTPS、Webscoket、WebRTC在内的传输协议；

定向广播管理模块：针对指定的目标地址进行定向数据的发送，通过底层的通信协议完成数据发送，对发送状态进行跟踪；

群组广播管理模块：用于向一组节点或者一群节点发送信息。

6.根据权利要求3所述的一种用于P2P网络的弹性广播系统，其特征在于，

所述数据管理器包括：

队列管理模块：用于管理即将进行广播的数据，并维护队列的有效性，广播时根据队列的排队规则从队列里顺序取出所需广播数据即可；

接收数据模块：用于接收外部的数据，并将外部的数据存入本地，同时将影响队列管理模块的数据提交给所述队列管理模块进行处理；

网络数据模块：用于保存和分析网络的连接情况，动态维护网络的效率及负担情况，并提供队列管理模块实时调整队列方案。

Images