P2P流媒體共享系統(tǒng)若干問(wèn)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(shí)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(kuò)展性、可靠性、容錯(cuò)性和服務(wù)質(zhì)量等方面仍存在問(wèn)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(duì)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(gè)領(lǐng)域。本文對(duì)P2P流媒體共享系統(tǒng)中的一些問(wèn)題進(jìn)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(kuò)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(shù)和組播結(jié)構(gòu)3個(gè)模塊，對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)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(cè)的非結(jié)構(gòu)化P2P消息擴(kuò)散機(jī)制．消息擴(kuò)散是P2P系統(tǒng)中對(duì)等節(jié)點(diǎn)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(jī)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(shí)延長(zhǎng)的問(wèn)題。對(duì)此提出基于預(yù)測(cè)的消息擴(kuò)散機(jī)制，利用鄰居節(jié)點(diǎn)信息對(duì)消息的有效性作預(yù)測(cè)，如果判斷待發(fā)送消息是無(wú)效的，則不予發(fā)送。這樣在保證高節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍和低時(shí)延的情況下，能大量減少系統(tǒng)中的無(wú)效消息。 ·基于有權(quán)搜索樹(shù)的P2P搜索算法．無(wú)中心節(jié)點(diǎn)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(diǎn)數(shù)量眾多且動(dòng)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(jī)制多采用基于洪泛和基于謠言的搜索方式，存在著等待時(shí)延長(zhǎng)、無(wú)效消息多、搜索效率低等問(wèn)題。對(duì)此提出了基于有權(quán)搜索樹(shù)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(shù)，節(jié)點(diǎn)按查詢命中率的大小在樹(shù)中由上至下排列，命中率大且在線時(shí)間長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)處于樹(shù)的上層，搜索時(shí)可由此確定消息擴(kuò)散的方向。同時(shí)還采用了緩存上層節(jié)點(diǎn)、建立搜索結(jié)果與發(fā)起節(jié)點(diǎn)的索引、過(guò)熱資源復(fù)制、為葉節(jié)點(diǎn)添加遠(yuǎn)程鄰居等方法來(lái)進(jìn)一步提高搜索效率和平衡節(jié)點(diǎn)負(fù)載。算法能大量減少無(wú)效的搜索消息

5、，具有較高的搜索效率，且搜索樹(shù)的維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)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(duì)P2P流媒體點(diǎn)播的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題，提出基于節(jié)點(diǎn)可靠度和服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的點(diǎn)播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)根據(jù)父節(jié)點(diǎn)的失效概率計(jì)算自身可靠度，并在點(diǎn)播時(shí)對(duì)父節(jié)點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量作評(píng)價(jià)。父節(jié)點(diǎn)的選擇、媒體數(shù)據(jù)的分配策略以及容錯(cuò)和恢復(fù)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(duì)等節(jié)點(diǎn)之

6、間主要通過(guò)緩存部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)相互服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。目前的對(duì)等節(jié)點(diǎn)緩存策略一般采用滑動(dòng)窗口和預(yù)取數(shù)據(jù)的方式，但對(duì)于用戶VCR(VideoCassetteRecorder)操作頻繁的流媒體點(diǎn)播，不能有效地利用節(jié)點(diǎn)的緩存數(shù)據(jù)。對(duì)此，提出基于用戶點(diǎn)播行為特征的緩存策略，對(duì)等節(jié)點(diǎn)以較大概率緩存流媒體節(jié)目熱點(diǎn)片段對(duì)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(zhǎng)的復(fù)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(fù)雜性網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)模型是否能反映真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的特征屬性，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證會(huì)產(chǎn)生較大影響。為此，提出基于組增長(zhǎng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，該模型體現(xiàn)了真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特征。 ·P2P流媒體共享系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。目前的仿真平臺(tái)存在著針對(duì)性不強(qiáng)、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(wèn)題。為了便于進(jìn)行相關(guān)算法和策略的仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了WNSim復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)及P2P流媒體仿真平臺(tái)，平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)了多種P2P網(wǎng)絡(luò)結(jié)