P2P流媒體系統(tǒng)的理論建模與協(xié)議優(yōu)化.pdf

1、伴隨著用戶(hù)接入寬帶的快速增長(zhǎng)、個(gè)人計(jì)算機(jī)性能的不斷提升以及網(wǎng)民規(guī)模的日益擴(kuò)大，P2P流媒體系統(tǒng)以其巨大的系統(tǒng)容量、穩(wěn)定的服務(wù)質(zhì)量、良好的可擴(kuò)展性以及低廉的部署成本，迅速發(fā)展成最熱門(mén)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之一，能支持?jǐn)?shù)以百萬(wàn)的用戶(hù)同時(shí)觀(guān)看高清視頻，極大地推動(dòng)了資訊在互聯(lián)網(wǎng)上的快速傳播。在獲得迅猛發(fā)展的同時(shí)，P2P流媒體系統(tǒng)還存在著諸多等待解決的問(wèn)題，如服務(wù)質(zhì)量的特性未揭示、帶寬資源的分配不合理以及信令開(kāi)銷(xiāo)太大等。針對(duì)上述問(wèn)題，本文從理論建模、網(wǎng)絡(luò)測(cè)

2、量及協(xié)議設(shè)計(jì)這三個(gè)方面開(kāi)展工作，取得的主要研究成果如下：
　　(1)針對(duì)P2P點(diǎn)播系統(tǒng)中服務(wù)質(zhì)量與關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系未披露，演播中斷的特性未揭示的問(wèn)題，建立了針對(duì)演播中斷的服務(wù)質(zhì)量評(píng)估模型。該模型首先利用帶漂移的布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)節(jié)點(diǎn)的下載過(guò)程和視頻的演播過(guò)程分別進(jìn)行建模，然后建立了演播流暢度與視頻碼率、節(jié)點(diǎn)下載速度以及預(yù)取數(shù)據(jù)量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，最終推導(dǎo)了中斷概率、首次中斷時(shí)間以及中斷次數(shù)的精確數(shù)學(xué)表達(dá)式。由上述模型可得，下載速度與演播碼

3、率的動(dòng)態(tài)性是降低演播質(zhì)量的主要原因；增大預(yù)取數(shù)據(jù)量或下載速度都可提高演播流暢度，但前者可使中斷推遲發(fā)生。在視頻的演播過(guò)程中，起始階段發(fā)生中斷的概率很高；在一次演播過(guò)程中，發(fā)生多次中斷的現(xiàn)象是存在的，但其概率很小。為驗(yàn)證播放中斷的性質(zhì)，對(duì)PPLive點(diǎn)播系統(tǒng)的數(shù)百萬(wàn)個(gè)用戶(hù)展開(kāi)了為期5天的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量且實(shí)測(cè)結(jié)果與上述結(jié)論是一致的。上述模型不僅揭示了P2P點(diǎn)播系統(tǒng)的特性，更為新帶寬分配算法的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)針對(duì)P2P點(diǎn)播系統(tǒng)

4、中由于各節(jié)點(diǎn)分得的帶寬資源與節(jié)點(diǎn)實(shí)際需求之間的匹配度低、聯(lián)動(dòng)性差(節(jié)點(diǎn)分得的帶寬資源不能隨節(jié)點(diǎn)需求量的變化而實(shí)時(shí)改變)而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)演播質(zhì)量嚴(yán)重分化的問(wèn)題，建立了一個(gè)節(jié)點(diǎn)帶寬需求模型，給出了節(jié)點(diǎn)期望帶寬與預(yù)取數(shù)據(jù)量、播放碼率以及演播流暢度之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式?；谠撃Ｐ停岢隽艘环N分布式上載帶寬分配算法，該算法可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)帶寬資源在異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分配，使預(yù)取數(shù)據(jù)量多或所觀(guān)看視頻碼率低的節(jié)點(diǎn)釋放多余的帶寬，并將釋放的帶寬分配給預(yù)取數(shù)據(jù)量少

5、或所觀(guān)看視頻碼率高的節(jié)點(diǎn)，最終使所有節(jié)點(diǎn)都能獲得較高的演播流暢度。仿真分析表明，與傳統(tǒng)的貪心策略相比，該算法既能縮短節(jié)點(diǎn)的啟動(dòng)延時(shí)又能降低服務(wù)器的帶寬消耗。
　　(3)針對(duì)P2P點(diǎn)播系統(tǒng)中由于節(jié)點(diǎn)無(wú)預(yù)取限制而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)演播質(zhì)量?jī)蓸O分化的問(wèn)題，提出了一種基于視頻分塊的適度預(yù)取策略。在該策略中，預(yù)取數(shù)據(jù)量大的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)停止下載并將騰出的帶寬分配給預(yù)取數(shù)據(jù)量小的節(jié)點(diǎn)，從而使得低下載能力節(jié)點(diǎn)也能獲得與高下載能力節(jié)點(diǎn)同樣的演播質(zhì)量。針對(duì)該策略