異構(gòu)環(huán)境下的P2P流媒體傳輸策略研究.pdf

1、流媒體視頻直播服務(wù)需要強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)帶寬支持，但是傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器模式存在服務(wù)器端的單點(diǎn)瓶頸問(wèn)題，因此無(wú)法滿足大規(guī)模的流媒體應(yīng)用需求。
　　 使用P2P（Peer-to-Peer）傳輸機(jī)制分發(fā)流媒體視頻數(shù)據(jù)的P2P 流媒體系統(tǒng)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。在不依賴于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的前提下，P2P 流媒體系統(tǒng)可以充分利用網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)的上傳帶寬，為大規(guī)模的用戶節(jié)點(diǎn)提供高質(zhì)量的視頻服務(wù)。
　　 與P2P 文件共享系統(tǒng)不同，P2P 流

2、媒體系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性要求非常嚴(yán)格，過(guò)高的傳輸延時(shí)會(huì)嚴(yán)重降低系統(tǒng)的整體性能和服務(wù)質(zhì)量。在傳統(tǒng)的P2P傳輸模型研究中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的，他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械闹匾远际菬o(wú)差異的。然而，真實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)終端的物理層接入方式是多樣化的，并且網(wǎng)絡(luò)終端的類型也不盡相同。在網(wǎng)絡(luò)層及更高的協(xié)議層研究互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，這種用戶節(jié)點(diǎn)之間的異構(gòu)特性主要表現(xiàn)為每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)的接入帶寬和服務(wù)能力能力等因素具有差異性。本文將針對(duì)異構(gòu)環(huán)境下P2P流

3、媒體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系構(gòu)建、節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)調(diào)度以及無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)化等問(wèn)題展開(kāi)深入研究和討論。論文主要貢獻(xiàn)如下：
　　 P2P 流媒體系統(tǒng)中用戶節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)單播方式復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)視頻數(shù)據(jù)，因此要減小數(shù)據(jù)分發(fā)的傳播延時(shí)，提高流媒體系統(tǒng)的整體性能，關(guān)鍵在于優(yōu)化節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系，在應(yīng)用層引導(dǎo)構(gòu)建高效合理的P2P 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。本文提出了一種自適應(yīng)的基于節(jié)點(diǎn)雙向選擇機(jī)制的拓?fù)鋬?yōu)化算法。針對(duì)異構(gòu)環(huán)境下節(jié)點(diǎn)接入帶寬和服務(wù)能力的差異性，系統(tǒng)

4、根據(jù)新加入網(wǎng)絡(luò)的用戶節(jié)點(diǎn)的服務(wù)能力和對(duì)流媒體系統(tǒng)的貢獻(xiàn)等因素進(jìn)行接入決策和拓?fù)湔{(diào)整，引導(dǎo)其接入到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泻线m的位置，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)整體性能；同時(shí)本方案充分考慮了用戶節(jié)點(diǎn)自身利益，在發(fā)起服務(wù)請(qǐng)求時(shí)優(yōu)先選擇傳輸延時(shí)較小的父節(jié)點(diǎn)，保障網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袉翁膫鬏斮|(zhì)量。仿真結(jié)果表明本方案能有效的引導(dǎo)應(yīng)用層組播網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建高效的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系，減小用戶節(jié)點(diǎn)到視頻源節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)和傳播延時(shí)。
　　 異構(gòu)環(huán)境下用戶節(jié)點(diǎn)之間的傳輸延時(shí)是隨機(jī)分布的，經(jīng)過(guò)P2P 網(wǎng)

5、絡(luò)拓?fù)涞亩嗵欣^傳輸后，不同用戶節(jié)點(diǎn)的下載緩沖區(qū)狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象。如何確定多個(gè)父節(jié)點(diǎn)與請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)塊調(diào)度關(guān)系，直接影響到用戶體驗(yàn)的兩大因素——播放延時(shí)和穩(wěn)定性。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種基于請(qǐng)求窗口自適應(yīng)調(diào)整的用戶體驗(yàn)優(yōu)化機(jī)制。本方案結(jié)合上層視頻服務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的需求，采用不同的請(qǐng)求策略，自適應(yīng)的調(diào)整初始的請(qǐng)求窗口位置，有側(cè)重性的優(yōu)化用戶體驗(yàn)的主要組成部分。對(duì)于側(cè)重于播放延時(shí)的節(jié)目類型，系統(tǒng)將在保證流媒體視頻服務(wù)穩(wěn)定性的前提下

6、，盡量縮減播放延時(shí)；對(duì)側(cè)重于穩(wěn)定性的節(jié)目類型，則將優(yōu)化服務(wù)穩(wěn)定性以及P2P 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)交換的活躍程度。仿真實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)于現(xiàn)有方案，所提方案具有良好的自適應(yīng)特性，并且差異化的傳輸策略能很好的平衡播放延時(shí)與穩(wěn)定性的關(guān)系。
　　 現(xiàn)有的無(wú)線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)化機(jī)制研究，主要集中于高效的路由算法。然而對(duì)于既有的無(wú)線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，要求所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一更換路由模塊是不現(xiàn)實(shí)的；并且作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，在部署P2P 流媒體系統(tǒng)到無(wú)線多

7、跳網(wǎng)絡(luò)中時(shí)不應(yīng)對(duì)底層的物理網(wǎng)絡(luò)有特定要求。通過(guò)分析無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)傳輸模型，本文提出了一種網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的P2P 流媒體視頻傳輸優(yōu)化機(jī)制。該方案不依賴于特定的路由機(jī)制，是一種數(shù)據(jù)拓?fù)鋵用娴膫鬏攦?yōu)化方案。結(jié)合H.264視頻編碼的特性，該方案在發(fā)送視頻數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)不同類型的視頻分片進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分，優(yōu)先保障重要性大的視頻分片的傳輸質(zhì)量，并且通過(guò)控制UDP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)量減少傳輸過(guò)程中引入的控制消息開(kāi)銷。仿真結(jié)果表明相對(duì)于傳統(tǒng)方案，本文所提方案可以明顯提高

8、接收端解碼重建的視頻質(zhì)量。在此基礎(chǔ)之上，本文進(jìn)一步提出了一種不依賴于具體的P2P 流媒體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的吞吐量?jī)?yōu)化框架。該方案根據(jù)不同父節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的傳輸路徑的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，動(dòng)態(tài)調(diào)整上層P2P 流媒體系統(tǒng)分配給各個(gè)父節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)下載任務(wù)，充分利用傳輸路徑上的空閑帶寬。
　　 仿真實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)塊設(shè)置方案，該方案可以在少量增加控制消息開(kāi)銷的情況下有效改善流媒體視頻的播放連續(xù)性。
　　 最后，以理論知識(shí)為依托，本文詳細(xì)