P2P流媒體分發(fā)技術(shù)研究.pdf

1、隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，流媒體分發(fā)技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。同時，日益增加的用戶和視頻數(shù)據(jù)，也給大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù)帶來了新的挑戰(zhàn)。另一方面，隨著P2P技術(shù)的興起、網(wǎng)絡(luò)帶寬的改善和用戶端系統(tǒng)計算能力的迅速增強(qiáng)，原先被忽視的用戶端系統(tǒng)己成為一種寶貴的資源。如何充分利用這些資源，在動態(tài)的P2P網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中構(gòu)建大規(guī)模、高可擴(kuò)展、高可靠、高播放體驗的P2P流媒體分發(fā)系統(tǒng)，是近年來研究的熱點之一。 本文在對流媒體分發(fā)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來

2、發(fā)展趨勢進(jìn)行了系統(tǒng)、全面地分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，深入細(xì)致地研究了基于P2P技術(shù)的流媒體分發(fā)系統(tǒng)，取得了若干創(chuàng)新和成果。本文的主要貢獻(xiàn)包括： 1．提出了一種基于P2P的Internet大規(guī)模流媒體分發(fā)網(wǎng)絡(luò)-PPMDN。它采用了混合式P2P流媒體分發(fā)體系結(jié)構(gòu)，充分利用用戶端節(jié)點的資源構(gòu)成一個高擴(kuò)展性的流媒體分發(fā)系統(tǒng)。PPMDN 采用高性能的直播骨干分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、分布式拓?fù)淦ヅ錂C(jī)制、服務(wù)器帶寬分配算法、分布式緩存管理機(jī)制，來提供有高QoS保

3、障的大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù)。 2．提出了 P2P 直播的低延時覆蓋組播網(wǎng)絡(luò)(OMN)的拓?fù)鋬?yōu)化算法-GA-MWPL-DC-ST。針對當(dāng)前純P2P流媒體直播過程中的同步丟失延時較大的問題，在混合式直播體系架構(gòu)的基礎(chǔ)之上，采用基于遺傳算法的GA-MWPL-DC-ST算法來構(gòu)建有出度限制的最小帶權(quán)路徑延時生成樹。通過優(yōu)化OMN拓?fù)鋪斫档凸歉蓚鬏斁W(wǎng)絡(luò)<'1>的傳輸延時，進(jìn)而降低節(jié)點的同步丟失延時。在算法的初始化、雜交和變異階段采用啟發(fā)式算

4、法，對變異參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，加快算法的收斂速度。試驗仿真表明 GA-MWPL-DC-ST算法在平均路徑延時和最大路徑延時均優(yōu)于現(xiàn)有的啟發(fā)式算法。 3．提出一種分布式的拓?fù)涓兄?jié)點聚集算法-TANRA。在P2P流媒體應(yīng)用中，由用戶節(jié)點組成的上層覆蓋傳輸網(wǎng)絡(luò)(Overlay Network)存在和下層物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳黄ヅ涞膯栴}，造成媒體數(shù)據(jù)傳輸延時大、效率低以及骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗高等問題。對此，提出了基于網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)算法(Vivaldi)

5、和結(jié)構(gòu)化路由算法(Chord)的拓?fù)涓兄?jié)點聚集算法 TANRA。該算法通過利用二維網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)平面和Chord的多層命名空間進(jìn)行一一映射來保留節(jié)點之間的物理鄰近關(guān)系，并借助Chord的分布式對象索引機(jī)制進(jìn)行鄰近節(jié)點快速搜索，從而在提供大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù)時進(jìn)行快速拓?fù)淦ヅ洹?4．提出了一種P2P點播的服務(wù)器帶寬分配算法。當(dāng)前P2P 點播服務(wù)器采用盡量滿足用戶點播需求的帶寬調(diào)度方式，不能高效利用服務(wù)器帶寬資源和快速增大系統(tǒng)整體點播服

6、務(wù)能力。本文在分析了P2P點播協(xié)作分發(fā)模式的理論模型基礎(chǔ)之上，提出了基于動態(tài)規(guī)劃的帶寬分配算法-DP-BDA和基于啟發(fā)式爬山的帶寬分配算法-CB-BDA。根據(jù)視頻文件某時刻請求服務(wù)容納率和帶寬需求對服務(wù)器的帶寬輸出優(yōu)化分配，使得同時具有高訪問熱度和低服務(wù)容量視頻文件優(yōu)先得到服務(wù)器帶寬資源，進(jìn)而迅速提高系統(tǒng)總體服務(wù)容量，改善用戶的播放體驗。 5．提出了一種P2P點播系統(tǒng)的分布式緩存管理機(jī)制。由于當(dāng)前的P2P點播緩存管理機(jī)制多采用集

7、中式或?qū)哟螛湫蔚木彺婀芾恚约盎谠L問熱度的淘汰算法，不能高效地利用用戶節(jié)點緩存資源和提高點播系統(tǒng)服務(wù)能力。提出了基于結(jié)構(gòu)化路由算法Chord的緩存片段管理和緩存片段淘汰算法-DP-CRA。在Chord的高擴(kuò)展對象索引管理機(jī)制基礎(chǔ)之上進(jìn)行快速緩存管理操作，不僅提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和容錯性，而且加速了緩存片段搜索。采用基于動態(tài)規(guī)劃的緩存淘汰算法，搜索最優(yōu)緩存片段序列來保證被緩存的視頻片段的對系統(tǒng)服務(wù)容量的有效性，在降低點播服務(wù)器ESPV的