P2P流媒體共享系統(tǒng)若干問題的研究.pdf

1、P2P(Peer-to-Peer)流媒體共享融合了P2P技術(shù)和流媒體技術(shù)，它的出現(xiàn)使得在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實現(xiàn)大規(guī)模流媒體共享成為可能。雖然P2P流媒體共享取得了一定程度的成功，但在可擴展性、可靠性、容錯性和服務(wù)質(zhì)量等方面仍存在問題。目前，P2P流媒體共享方面的研究涉及網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、對等網(wǎng)絡(luò)中的資源搜索、流媒體編碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、緩存管理、應(yīng)用層組播等多個領(lǐng)域。本文對P2P流媒體共享系統(tǒng)中的一些問題進行了研究，主要的工作和取得的成果概括如下：

2、 ·分層P2P流媒體共享系統(tǒng)結(jié)構(gòu)．結(jié)構(gòu)清晰、層次分明和模塊化的結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)易于添加或替換新模塊，且可擴展性好。為此提出分層的P2P流媒體共享系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為P2P網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)層和P2P網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，包含P2P基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、搜索樹和組播結(jié)構(gòu)3個模塊，對系統(tǒng)中的各個層次和模塊的功能和相互間的關(guān)系作了闡述。 ·基于預(yù)測的非結(jié)構(gòu)化P2P消息擴散機制．消息擴散是P2P系統(tǒng)中對等節(jié)點發(fā)現(xiàn)、信息分發(fā)和獲取等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)。目前主要采用洪泛和隨機漫步等

3、方法。但如果需要保證較高的消息覆蓋范圍，則現(xiàn)有方法存在著冗余消息數(shù)量多和時延長的問題。對此提出基于預(yù)測的消息擴散機制，利用鄰居節(jié)點信息對消息的有效性作預(yù)測，如果判斷待發(fā)送消息是無效的，則不予發(fā)送。這樣在保證高節(jié)點覆蓋范圍和低時延的情況下，能大量減少系統(tǒng)中的無效消息。 ·基于有權(quán)搜索樹的P2P搜索算法．無中心節(jié)點的非結(jié)構(gòu)化P2P系統(tǒng)中，由于網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)程度高、節(jié)點數(shù)量眾多且動態(tài)變化、系統(tǒng)中內(nèi)容龐雜等因素，使得內(nèi)容搜索變得非常困難。目前

4、的搜索機制多采用基于洪泛和基于謠言的搜索方式，存在著等待時延長、無效消息多、搜索效率低等問題。對此提出了基于有權(quán)搜索樹的搜索算法。該算法構(gòu)建了服務(wù)于搜索的K叉有權(quán)樹，節(jié)點按查詢命中率的大小在樹中由上至下排列，命中率大且在線時間長的節(jié)點處于樹的上層，搜索時可由此確定消息擴散的方向。同時還采用了緩存上層節(jié)點、建立搜索結(jié)果與發(fā)起節(jié)點的索引、過熱資源復制、為葉節(jié)點添加遠程鄰居等方法來進一步提高搜索效率和平衡節(jié)點負載。算法能大量減少無效的搜索消息

5、，具有較高的搜索效率，且搜索樹的維護開銷較小。 ·基于可靠度的P2P流媒體組播方案．應(yīng)用層組播是流媒體共享的有效方式。針對P2P流媒體點播的穩(wěn)定性和可靠性問題，提出基于節(jié)點可靠度和服務(wù)質(zhì)量評價的點播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。節(jié)點根據(jù)父節(jié)點的失效概率計算自身可靠度，并在點播時對父節(jié)點的服務(wù)質(zhì)量作評價。父節(jié)點的選擇、媒體數(shù)據(jù)的分配策略以及容錯和恢復處理均以此為基礎(chǔ)。 ·基于用戶特征的P2P流媒體緩存策略。在P2P流媒體共享系統(tǒng)中，對等節(jié)點之

6、間主要通過緩存部分數(shù)據(jù)來相互服務(wù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時共享。目前的對等節(jié)點緩存策略一般采用滑動窗口和預(yù)取數(shù)據(jù)的方式，但對于用戶VCR(VideoCassetteRecorder)操作頻繁的流媒體點播，不能有效地利用節(jié)點的緩存數(shù)據(jù)。對此，提出基于用戶點播行為特征的緩存策略，對等節(jié)點以較大概率緩存流媒體節(jié)目熱點片段對應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，以此提高緩存數(shù)據(jù)的命中率。 ·基于組增長的復雜網(wǎng)絡(luò)模型。P2P流媒體共享系統(tǒng)是在現(xiàn)有Internet之上構(gòu)建

7、的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，覆蓋網(wǎng)絡(luò)和底層網(wǎng)絡(luò)都屬于高復雜性網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)模型是否能反映真實網(wǎng)絡(luò)的特征屬性，對系統(tǒng)的設(shè)計和驗證會產(chǎn)生較大影響。為此，提出基于組增長的復雜網(wǎng)絡(luò)模型，該模型體現(xiàn)了真實網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)和動態(tài)特征。 ·P2P流媒體共享系統(tǒng)仿真實驗平臺。目前的仿真平臺存在著針對性不強、文檔少且更新慢、底層網(wǎng)絡(luò)和其他模塊替換不方便等問題。為了便于進行相關(guān)算法和策略的仿真實驗，設(shè)計了WNSim復雜網(wǎng)絡(luò)及P2P流媒體仿真平臺，平臺中實現(xiàn)了多種P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)