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)器端的單點瓶頸問題，因此無法滿足大規(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)點的上傳帶寬，為大規(guī)模的用戶節(jié)點提供高質(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)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性要求非常嚴(yán)格，過高的傳輸延時會嚴(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，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都是對等的，他們在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械闹匾远际菬o差異的。然而，真實的互聯(lián)網(wǎng)是一個異構(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，這種用戶節(jié)點之間的異構(gòu)特性主要表現(xiàn)為每個用戶節(jié)點的接入帶寬和服務(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)點間數(shù)據(jù)調(diào)度以及無線多跳網(wǎng)絡(luò)中傳輸質(zhì)量優(yōu)化等問題展開深入研究和討論。論文主要貢獻(xiàn)如下：
　　 P2P 流媒體系統(tǒng)中用戶節(jié)點之間通過單播方式復(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，提高流媒體系統(tǒng)的整體性能，關(guān)鍵在于優(yōu)化節(jié)點之間的數(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)洹１疚奶岢隽艘环N自適應(yīng)的基于節(jié)點雙向選擇機(jī)制的拓?fù)鋬?yōu)化算法。針對異構(gòu)環(huán)境下節(jié)點接入帶寬和服務(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)點的服務(wù)能力和對流媒體系統(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；同時本方案充分考慮了用戶節(jié)點自身利益，在發(fā)起服務(wù)請求時優(yōu)先選擇傳輸延時較小的父節(jié)點，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)點到視頻源節(jié)點的跳數(shù)和傳播延時。
　　 異構(gòu)環(huán)境下用戶節(jié)點之間的傳輸延時是隨機(jī)分布的，經(jīng)過P2P 網(wǎng)

5、絡(luò)拓?fù)涞亩嗵欣^傳輸后，不同用戶節(jié)點的下載緩沖區(qū)狀態(tài)會出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象。如何確定多個父節(jié)點與請求節(jié)點之間的數(shù)據(jù)塊調(diào)度關(guān)系，直接影響到用戶體驗的兩大因素——播放延時和穩(wěn)定性。針對這一問題，本文提出了一種基于請求窗口自適應(yīng)調(diào)整的用戶體驗優(yōu)化機(jī)制。本方案結(jié)合上層視頻服務(wù)對實時性的需求，采用不同的請求策略，自適應(yīng)的調(diào)整初始的請求窗口位置，有側(cè)重性的優(yōu)化用戶體驗的主要組成部分。對于側(cè)重于播放延時的節(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；對側(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。仿真實驗表明，相對于現(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與穩(wěn)定性的關(guān)系。
　　 現(xiàn)有的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量優(yōu)化機(jī)制研究，主要集中于高效的路由算法。然而對于既有的無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，要求所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點統(tǒng)一更換路由模塊是不現(xiàn)實的；并且作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，在部署P2P 流媒體系統(tǒng)到無線多

7、跳網(wǎng)絡(luò)中時不應(yīng)對底層的物理網(wǎng)絡(luò)有特定要求。通過分析無線多跳網(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)時對不同類型的視頻分片進(jìn)行優(yōu)先級劃分，優(yōu)先保障重要性大的視頻分片的傳輸質(zhì)量，并且通過控制UDP數(shù)據(jù)報的數(shù)量減少傳輸過程中引入的控制消息開銷。仿真結(jié)果表明相對于傳統(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)實現(xiàn)的吞吐量優(yōu)化框架。該方案根據(jù)不同父節(jié)點所對應(yīng)的傳輸路徑的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，動態(tài)調(diào)整上層P2P 流媒體系統(tǒng)分配給各個父節(jié)點的數(shù)據(jù)下載任務(wù)，充分利用傳輸路徑上的空閑帶寬。
　　 仿真實驗表明，相對于傳統(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，以理論知識為依托，本文詳細(xì)