P2P流媒體系統(tǒng)的測試分析和建模研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡視頻業(yè)務的迅猛發(fā)展，基于C/S(客戶端/服務器)模式的傳統(tǒng)流媒體系統(tǒng)呈現(xiàn)出以下問題：系統(tǒng)的可擴展性差、可靠性低以及服務器存在帶寬瓶頸。而基于內(nèi)容分布化思想的P2P流媒體系統(tǒng)，由于充分利用了節(jié)點的帶寬和存儲資源，因而具有良好的可擴展性和較低的服務器帶寬。但P2P流媒體系統(tǒng)也存在著許多亟待解決的問題：在服務器端，包括如何進一步地降低服務器的帶寬消耗，如何優(yōu)化系統(tǒng)的協(xié)議設計；在客戶端，包括如何支持大量高清VBR(動態(tài)碼率)視頻的流暢播

2、放；如何根據(jù)用戶的觀看行為來合理規(guī)劃系統(tǒng)資源以及如何優(yōu)化系統(tǒng)在移動環(huán)境下的應用。針對上述問題，本文進行了大規(guī)模的網(wǎng)絡測量和深入的理論分析，主要研究成果如下：
　　(1)現(xiàn)有的基于節(jié)點P2P下載速率的狀態(tài)轉換策略存在著播放連續(xù)性較差，服務器帶寬消耗較高且易受P2P速率波動影響的問題。針對這一問題，本文設計了一種基于本地存儲量的狀態(tài)轉換機制，并利用布朗運動過程對其建立模型，得到了服務器帶寬節(jié)省比率與播放碼率、下載速率的關系表達式。理論

3、分析、數(shù)值評估和實測比較都表明：新的機制能克服P2P下載速率的抖動對服務器帶寬節(jié)省比率的影響，有效地降低服務器的帶寬消耗并提高播放連續(xù)性。由該理論模型可得，系統(tǒng)的服務器帶寬節(jié)省比率主要和播放碼率與HTTP下載速率的比值有關，這為進一步地降低系統(tǒng)的服務器帶寬消耗提供了重要的理論參考。
　　(2)針對高碼率VBR視頻的大量上線使得系統(tǒng)的整體播放質(zhì)量受到影響的問題，本文利用理論模型建立了節(jié)點的下載速率、視頻碼率和播放流暢度之間的關系表達

4、式，并指出：增加節(jié)點的初始預取量能提高節(jié)點的播放流暢度。進一步地，本文對比分析了VBR與CBR(固定碼率)視頻，以及高碼率與低碼率視頻的播放性能和對網(wǎng)絡共享環(huán)境的要求，從理論上說明了不同類型視頻的各參數(shù)之間的數(shù)學關系，并指出：由于視頻碼率的動態(tài)性，為了達到與同平均碼率的CBR視頻相同的播放流暢度，VBR視頻需要更多的下載帶寬。這將為系統(tǒng)控制高碼率VBR視頻的上線數(shù)量，并優(yōu)化系統(tǒng)性能提供理論參考。
　　(3)把握當前正在使用的大規(guī)模

5、P2P流媒體系統(tǒng)的協(xié)議機制是改進現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎。PPLive和PPStream是國內(nèi)規(guī)模最大的兩個P2P流媒體系統(tǒng)，前者的協(xié)議機制已得到充分研究，而后者的協(xié)議機制缺乏公開性。針對這一問題，本文通過網(wǎng)絡測量破解了PPStream直播系統(tǒng)的緩存結構和共享機制，發(fā)現(xiàn)：PPStream具有跳躍的共享窗口。進一步地，本文利用“窗口跳躍模型”分析了PPStream直播系統(tǒng)的緩存結構和共享機制對節(jié)點間的互惠關系的影響，并與PPLive的協(xié)議機制進行了

6、深入比較，指出：與PPLive系統(tǒng)滑動的共享窗口不同，PPStream跳躍的共享窗口機制有效地限制了節(jié)點因為過度預取視頻塊而搶占其他節(jié)點的帶寬資源的行為，穩(wěn)定了節(jié)點的播放質(zhì)量。這些研究為進一步優(yōu)化P2P流媒體系統(tǒng)的協(xié)議以及采用新的激勵機制來提高系統(tǒng)的服務質(zhì)量提供了參考。
　　(4)在P2P流媒體系統(tǒng)中，用戶作為服務的享受者和提供者，其觀看行為直接影響著系統(tǒng)性能。已有的用戶行為研究大多基于采用IP組播的IPTV系統(tǒng)，而較少關注P2P

7、流媒體系統(tǒng)。針對這一問題，本文利用實測數(shù)據(jù)分析了在不同類型頻道中用戶的到達離開行為以及在同一頻道內(nèi)用戶持續(xù)觀看節(jié)目的行為，發(fā)現(xiàn)：(A)由于受到用戶的作息規(guī)律和節(jié)目類型特點的影響，不同頻道中用戶的到達和離開行為呈現(xiàn)出不同的特征；(B)用戶在到達某個節(jié)目后的前2-3分鐘內(nèi)相當活躍，一旦用戶駐留節(jié)目的時間超過10分鐘，則會均勻離開；同時，用戶連續(xù)觀看兩個相鄰節(jié)目的行為是無記憶的，其很大程度上受到節(jié)目編排的影響。這些分析對系統(tǒng)資源的合理規(guī)劃以及

8、廣告的理性插入具有重要的參考意義。
　　(5)隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，用戶對移動流媒體服務的需求越來越強烈。然而，現(xiàn)有的P2P流媒體系統(tǒng)大都基于固定互聯(lián)網(wǎng)設計，其對終端移動性的支持程度尚不可知。針對這一問題，本文研究了終端的移動性對P2P流媒體系統(tǒng)參數(shù)的影響。本文通過周期地改變局域網(wǎng)內(nèi)節(jié)點的IP地址來構造一個虛擬的移動環(huán)境，并從移動節(jié)點(Mobile Peer-MP)的服務中斷時間(MP在服務中斷時間內(nèi)與其他節(jié)點之間沒有數(shù)據(jù)交互