（計算機軟件與理論專業(yè)論文）基于p2p的qos保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究.pdf

基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究摘要 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 計算機軟件與理論 碩士生：蔡致暖 指導(dǎo)教師：林小拉教授 摘要 近年來，流媒體在1 1 1 t e m e t 上得到了迅猛的發(fā)展，成為推動未來寬帶應(yīng)用的 主動力。然而，傳統(tǒng)的流媒體分發(fā)方案如c s 模式、c d n 、i p 組播等，在系統(tǒng) 的可擴展性、可靠性和經(jīng)濟性等方面存在瓶頸，不能滿足大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù) 的需求?；趐 2 p 網(wǎng)絡(luò)的流媒體分發(fā)技術(shù)，將流媒體數(shù)據(jù)分發(fā)的中心從服務(wù)器 轉(zhuǎn)向眾多普通的節(jié)點，在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)配置的前提下具有很高的性價比，同時 具有良好的可擴展性和魯棒性，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的流媒體分發(fā)方案。 本文主要研究p 2 p 流媒體分發(fā)服務(wù)的相關(guān)理論和技術(shù)，在研究分析了幾種 典型的p 2 p 流媒體分發(fā)模型的基礎(chǔ)上，提出了一種q o s 保證的p 2 p 流媒體分發(fā) 模型q c a s t 模型。q c a s t 模型是基于單組播樹拓撲模型的，同時結(jié)合了網(wǎng)狀 拓撲模型的多鄰居節(jié)點結(jié)構(gòu)，這樣既具有單組播樹拓撲模型中組播樹控制方式簡 單的優(yōu)點，又具有網(wǎng)狀拓撲模型中魯棒性高的優(yōu)點。 q c a s t 是基于分布式哈希表( d h t ) 的應(yīng)用層組播模型，在模型的設(shè)計上充 分利用了d h t 的路由、容錯等機制。在q c a s t 模型中，通過采用一種q o s 保證 的節(jié)點i d 分配算法，考慮了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的異構(gòu)性，使得組播樹的構(gòu)建過程具有 “q o s 感知”( q o s a w a r e ) 的特點；同時，在節(jié)點的加入算法上也考慮了q o s 因素，通過計算優(yōu)先級函數(shù)來挑選節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點。多鄰居節(jié)點結(jié)構(gòu)的采用， 減少了因單個節(jié)點退出系統(tǒng)而造成的數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高了系統(tǒng)的魯棒性。針對 這種多數(shù)據(jù)發(fā)送者的結(jié)構(gòu)，在節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸上，q c a s t 模型提出了推拉結(jié)合的 數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度算法，該算法能夠提高系統(tǒng)中節(jié)點的數(shù)據(jù)下載帶寬，保證流媒體分 發(fā)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。 此外，本文還實現(xiàn)了q c a s t 模型的系統(tǒng)原型，并針對模型中的主要性能指標 設(shè)計了仿真實驗，實驗結(jié)果表明了q c a s t 模型對系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量保證、數(shù)據(jù)傳輸 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 摘要 延時、魯棒性、可擴展性等性能進行了優(yōu)化，并且在這些性能指標之間做出了較 好的平衡。 關(guān)鍵詞：p 2 p ，流媒體，q o s ，分布式哈希表 i v r e s e a f e ho nq o s a w a r es t r e a m i n gm e d i ad i s s e m i 懿i j i t i o n b a s e do 致p 2 p 乳e h n o l o g y c o m 斛囂s o 彝w a r e 黻d 曩l 翠 n a m e ：z h i 掰l a nc a i s u p e 州s o r ：p r o f e s s o rx i a o l al i n a b s t r a c t m e d i as t r e a m i n go v c rt h ei n t e m c ti sb o o m i n gn o w a d a y s i ti sb e c o m i n gm em a i n d f i v i n gf o r c e 五w 如t u r ea p p l i c a t i o n si nb r o a 曲a n dn e t w o r k h o w e v 墩掇i t i 。n a l s y s 獗n so fs 懿鼬i 觳gm 甜i a 釃翻e a s l ，s 毯矗a sc sm 。d e ，c 蹦，l p 戳落蠢c 綴，i n c 氍 c 舉a e i t yb o m 搬e 文建g 聯(lián)d i n g 幻s c a l a b i l i t y ，r e l i 如i l i t ya n d s t 。l i sd i 豫c u l tf o f 壤e 難 t oa d a p tt ol a r g e s c a l ea p p l i c a t i o n 1 1 1 ep 2 pm e d i as t r e a m i n g ，h o w e v c a nd i s t 衲u t e d a t a6 廣o mt h ec e n t e ro fs t r e a n l i n gm e d i as e r v e rt oh o s tn o d e sw i t h o u tc h a n 舀n gt 1 1 e c u 雕m td 印1 0 y m e l l to fi n t e n l e t ni sc o s t e 仃e c t i v e ，s c a l a b l e ，a n dr o b u s t ，a n dc o n t a i n s g o o da p p l i c a t i o nv a l u ei n 如t i j r e 確i s 落e s 趣i st o 始d y 氌e 矗e o r 主e sa n dt e c k l o l o 季e s 。fp 2 ps t 粥a m i n gm e 蠢a k 蕊e 蜮s e i e e 。kl 鞠激so f 黻a l 弘i n g 也e 翻餓：鞋ls e v e f 越t 彈i e 蠢趣o d e l so f 凌ep 2 p s 骶a m i 娃gm e d i ab 翔a d c a s t ，aq o s a w a r ep 2 ps t f e a m i n gm e d i ab r o a d c a s tm o d e l ， q l ：j 船f 刪o ( 跑厶i sp r o p o s e d 7 i h i sm o d e li sb a s e do nt r e et o p o l o g ym o d e lw h i l e u s i n g m u l t i p l en e i 曲b o r so fm e s ht o p o l o g ym o d e lt ot r a n s m i td a t a ，t h e r e f o r ci t i se a s yt o c o n t r o lt h em u l t i c a s tt r e ea n da l s oa c h i e v e sg o o dr o b u s t n e s s q c a s ti sam u l 畦c a s tm o d e li n 印p l i c a t i o nl e v e ib a s e do n 船洲6 托良搿磊日幽f 愕 磁務(wù)絕( d h 對巍e a ne a 羹l ye x p l o i 也ed h t s u l i n ga 髓d 至蘞l 翻汜羚c o v 爨y 允n c i o n s 協(xié) 孵雒i z e 也e 黜l t 主c 髂l 露e e 1 nq c a s tm o 馘躐l da s s i 鯽瞅瓚鋤o d b a s e d 。nq o s f e q u i r e 搬e n t so fn o d e si su s e dt ot a l ( et h eh e t e r o g c n e i t i e so f n o d e si n t oa c c o u n t ，w h i c h e n f o r c e sq o s 詛w a r em u l t i c a s tt r e ec o n s t r u c t i o n a l s o ，t h eq o sr e q u i r e m e n t so fn o d e s a r ec o n s i d e r e dw h e nan o d ej o i n i n gt h es y s t e m r h ej o i n i n gn o d ec h o o s e sd a t a s e n d i n gn o d e sb yc o m p u t i n gn o d e s p r i o r i t yo ft h es e l e c t i o ns t r a t e g y u s i n gm u l t i p l e v 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 a b s l r a c t n o d e st ot r a n s m i td a t ai nq c a s tr e d u c e st h er a t eo fw i t h d r a w a l 仔o mt h ei n d i v i d u a l n o d ea n dt h et r a n s m i s s i o nd e l a y ；a n di n l p r o v e st h es y s t e m sr o b u s t n e s s ap u s h p u l l s t r e a m i n gm e t h o dt of e t c hd a t a 行o mn e i 曲b o r si sa l s op r e s e n t e d t h i sm e t h o dc a n i m p r o v en o d e s d o w n l o a db a n d w i d m ，t h u se n h a n c i n gt h ec o n t i n u i t ya n ds t a b i l i t y d u n gt h es t r e a m i n gd i s s e m i n a t i o n i na d d i t i o n ，w eh a v ed e v e l o p e dap r o t o t y p es y s t e mo fq c a s tm o d e l s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t sa r ea l s oc o n d u c t e dt oe v a l u a t et h ep e r f o m a n c eo ft h ep r o p o s e ds y s t 鋤 s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e n l sq o sg u a r a n t e e ，d a t at r a n s m i s s i o nd e l a y ， r o b u s t n e s sa n ds c a l a b i l i t yh a v e b e e no p t i m i z e di nt h ep r o p o s e dq c a s tm o d e l k e y w o r d s ：p 2p m e d i as t r e a m i n g ，q o s ，d h t 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究原創(chuàng)性及使用授權(quán)聲明 論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究 工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人 或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集 體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：窳坎暖 日期：多帕2 年5 月2 日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 本人完全了解中山大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留 學(xué)位論文并向國家主管部門或其指定機構(gòu)送交論文的電子版和紙質(zhì)版，有權(quán)將學(xué) 位論文用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文進入學(xué)校圖書館、院系資料室被查 閱，有權(quán)將學(xué)位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用復(fù)印、縮印或其 他方法保存學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名： 日期：刎年5 月j f 日 n 蔡攻眨 導(dǎo)師簽名： 日期州年r 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第】章緒論 第1 章緒論 近年來，隨著計算機技術(shù)、壓縮技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中的流媒體 業(yè)務(wù)也得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用。其廣泛應(yīng)用在諸如遠程教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)直播、寬帶 網(wǎng)視頻點播、視頻會議等領(lǐng)域。流媒體正在成為推動未來寬帶應(yīng)用的主動力。因 此，對流媒體分發(fā)技術(shù)的研究具有十分重要的意義。 1 1 研究背景 隨著i i l t 鋤e t 技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)已經(jīng)進入了“以網(wǎng)絡(luò)為中心計算” 的時代。當前，i n t 鋤e t 正在向高速率骨干網(wǎng)和高速率接入網(wǎng)進步，寬帶網(wǎng)的迅猛 發(fā)展，為用戶提供了更高的傳輸帶寬和多媒體實時數(shù)據(jù)傳送的能力。同時，個人 計算機處理能力也在不斷增強，人們已經(jīng)不再滿足于i n t e m e t 上傳統(tǒng)的網(wǎng)頁瀏覽、 文件下載、在線文字聊天等應(yīng)用，流媒體以其特有的娛樂性和交互性正成為推動 未來i n t e m e t 發(fā)展的主要動力。 下面一組數(shù)據(jù)可以看出流媒體在1 1 1 t e m e t 上的飛速發(fā)展：國外相關(guān)調(diào)查表明， 約有5 1 的上網(wǎng)用戶經(jīng)常使用流媒體，流媒體業(yè)務(wù)正變得日益流行【1 】；在2 0 0 0 年， 中國網(wǎng)絡(luò)電視用戶約為1 萬戶，這一數(shù)據(jù)在2 0 0 4 年增長到2 1 9 萬戶【2 1 ，而國家廣電 總局科委副主任杜百川預(yù)測我國的網(wǎng)絡(luò)電視用戶到了2 0 0 8 年可能達到2 0 0 0 萬戶； m u l t i m e d i a 研究機構(gòu)預(yù)測全球網(wǎng)絡(luò)電視收入將從2 0 0 4 年的5 2 億元增長至2 0 0 8 年 的5 9 2 億元。因此，流媒體系統(tǒng)具有廣闊的市場前景，而其中作為網(wǎng)絡(luò)電視核心 的流媒體直播技術(shù)必然也有著良好的發(fā)展前景。 流媒體的廣闊市場前景也推動著流媒體服務(wù)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)( 服務(wù)器性能、網(wǎng)絡(luò) 帶寬、編解碼及傳輸技術(shù)等) 飛速發(fā)展，但由于流媒體分發(fā)具有傳輸實時性要求 高，帶寬資源消耗大和傳輸過程持續(xù)時間長等特點，若采用傳統(tǒng)的c s 架構(gòu)模式， 服務(wù)器必須通過網(wǎng)絡(luò)給每個客戶端發(fā)送多個相同的內(nèi)容，隨著客戶端數(shù)目的增 加，必然導(dǎo)致i o 負載壓力大、可擴展性差和系統(tǒng)部署成本高等問題。因此，在 高并發(fā)的服務(wù)請求條件下，基于c s 架構(gòu)模式的流媒體系統(tǒng)所提供的服務(wù)質(zhì)量 ( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 難以得到保證，將導(dǎo)致較低的用戶播放體驗( q o e ) 。 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第l 章緒論 為了解決傳統(tǒng)的基于c s 架構(gòu)模式的流媒體系統(tǒng)服務(wù)能力有限、不能適應(yīng)大 規(guī)模流媒體應(yīng)用的問題，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出了代理服務(wù)器、i p 組播、內(nèi)容分發(fā) 網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。采用i p 組播技術(shù)【3 】 4 】來進行媒體數(shù)據(jù)分發(fā)，可以保證網(wǎng)絡(luò)上只有唯 一的數(shù)據(jù)包在進行傳輸，每個客戶端都能接收到這個數(shù)據(jù)包，這極大地減輕了服 務(wù)器的帶寬需求，能夠有效降低服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的負載，但i p 組播在可靠傳輸、擁 塞控制、安全性、網(wǎng)絡(luò)和終端系統(tǒng)的異構(gòu)性等方面尚存在問題，提出多年之后仍 然難以在h t e m e t 上大規(guī)模部署【5 】。近年來內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)c d n ( c o n t e n td e l i v e r y n e 鉚o r k ) 【6 】在i n t e m e t 上得到了廣泛的部署，它通過在i n t 啪e t “邊緣”部署緩存 代理服務(wù)器，將媒體內(nèi)容推送到距離用戶更近的網(wǎng)絡(luò)“邊緣”節(jié)點上，從而降低 中心內(nèi)容服務(wù)器和骨干網(wǎng)絡(luò)的負載壓力，改善了用戶的使用體驗。然而，這只是 部分改善了系統(tǒng)的可擴展性，由于c d n 的“邊緣”分發(fā)節(jié)點采用的仍然是傳統(tǒng)的 c s 架構(gòu)模式，這導(dǎo)致了整個c d n 系統(tǒng)能夠支持的并發(fā)用戶數(shù)仍然與系統(tǒng)的部署 成本投入呈線性增長關(guān)系。為提供大規(guī)模的商用流媒體服務(wù)，運營商需投資大量 的服務(wù)器硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)帶寬，從而產(chǎn)生高昂的部署成本。 綜上所述，流媒體分發(fā)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用必須提高其在可擴展性( s c a l a b i l i t y ) 、 魯棒性( r o b u s t ) 、服務(wù)質(zhì)量保證( q o s ) 等方面的性能。而傳統(tǒng)的流媒體分發(fā) 技術(shù)和方案在系統(tǒng)的可擴展性、可靠性和經(jīng)濟性等方面均未能滿足大規(guī)模流媒體 分發(fā)服務(wù)的需求。因此，針對大規(guī)模高并發(fā)的流媒體分發(fā)服務(wù)，如何提供具有高 可擴展性和o o s 保證的流媒體分發(fā)系統(tǒng)，并降低系統(tǒng)的部署成本，已經(jīng)成為當前 流媒體分發(fā)技術(shù)研究中的一個重要課題。 最近幾年來，對等計算( p e e r t o p e e rc o m p u t i n g ，或p 2 p 計算) 技術(shù)引起了 越來越多人的關(guān)注。相對于傳統(tǒng)的c s 模式，p 2 p 模式一個非常顯著的特點就是節(jié) 點無需依賴中心服務(wù)器資源，每個節(jié)點同時扮演客戶機和服務(wù)器的雙重角色，即 每個節(jié)點在利用其他節(jié)點的資源的同時也為其他節(jié)點提供服務(wù)。這一特性使得 p 2 p 系統(tǒng)的服務(wù)能力隨著用戶數(shù)的增加而自然增長，具有“與生俱來”的可擴展 性，這就解決了傳統(tǒng)c s 架構(gòu)模式下服務(wù)器過載和資源瓶頸等問題。同時，p 2 p 系統(tǒng)采用節(jié)點自組織的方式工作，能夠很好地適應(yīng)節(jié)點的隨機加入和退出，因而 在容錯性、數(shù)據(jù)高可用性等方面具有不可替代的優(yōu)勢。 p 2 p 技術(shù)在文件共享等應(yīng)用領(lǐng)域中已經(jīng)取得了很大的成效，鑒于p 2 p 技術(shù)良 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第l 章緒論 好的可擴展性，把p 2 p 技術(shù)應(yīng)用到流媒體分發(fā)領(lǐng)域同樣能帶來革命性的突破，因 此，p 2 p s t r e 鋤i n g 技術(shù)被提了出來。基于p 2 p 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建流媒體分發(fā)系統(tǒng)，可以從 根本上解決大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù)所必須具備的高可擴展性、高容錯性等要求， 同時通過將服務(wù)器的負載分散到p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點，可以顯著降低服務(wù)器硬 件和網(wǎng)絡(luò)帶寬投入成本，具有非常高的經(jīng)濟價值。 1 2p 2 p 分發(fā)技術(shù)的發(fā)展及挑戰(zhàn) 1 2 1p 2 p 分發(fā)技術(shù)的發(fā)展 目前，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對對等網(wǎng)絡(luò)( p e * t o p e e rn e t w o r k ) 還沒有一個標準 的定義。i b m 對p 2 p 的定義是：p 2 p 系統(tǒng)由若干互聯(lián)協(xié)作的計算機構(gòu)成，且至少具 有如下特征之一：系統(tǒng)依存于邊緣化( 非中央式服務(wù)器) 設(shè)備的主動協(xié)作，每個 成員直接從其他成員而不是從服務(wù)器的參與中受益；系統(tǒng)中的成員同時扮演服務(wù) 器與客戶端的角色；系統(tǒng)中的用戶能夠意識到彼此的存在，構(gòu)成一個虛擬或?qū)嶋H 的群體。p 2 p 最根本的思想在于網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點( p e e r ) 既是資源或服務(wù)的請 求者，同時又是資源或服務(wù)的提供者，即扮演客戶端和服務(wù)器的雙重身份。p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點所擁有的權(quán)利和義務(wù)都是對等的，包括通信、服務(wù)和資源消耗。 n a p s t d7 j 是最早出現(xiàn)的p 2 p 應(yīng)用系統(tǒng)，提供m p 3 音樂文件共享服務(wù)，自1 9 9 9 年9 月開通后，短短幾個月內(nèi)就吸引了超過2 0 0 0 萬用戶。由于版權(quán)問題，n a p s t e r 被迫于2 0 0 1 年3 月關(guān)閉，但這并未阻止它引發(fā)起一場互聯(lián)網(wǎng)上的革命。在n a p s t e r 之后，以g n u t e l l a 【8 】為主的p 2 p 系統(tǒng)不斷發(fā)展壯大，新系統(tǒng)如k a z a a 【9 1 、f r e e n e t 【10 1 、 m o 叩h e u s 【l l 】、b i t t o 舢t 【1 2 1 等不斷涌現(xiàn)，p 2 p 用戶數(shù)量也持續(xù)快速增長。到目前為 止，p 2 p 技術(shù)已經(jīng)從第1 代的p 2 p 網(wǎng)絡(luò)g n u t e l l a ，f r e e n e t 等發(fā)展到第2 代的p a s t 一1 3 】， c h o r d 【1 4 1 、c a n 【1 5 】等乃至第3 代的v i c e r o y 【1 6 】；而p 2 p 的思想和技術(shù)也迅速從文件 共享領(lǐng)域拓展到諸如分布式計算、協(xié)同工作、分布式存儲及應(yīng)用層組播等領(lǐng)域。 將基于p 2 p 的應(yīng)用層組播技術(shù)引入到流媒體服務(wù)中，是指在不改變i n t e m e t 現(xiàn) 有基礎(chǔ)設(shè)施的條件下把組播的功能從網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)移到應(yīng)用層，把p 2 p 技術(shù)應(yīng)用到流 媒體，每個流媒體用戶也是p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，這就充分利用了以往被忽略 的端節(jié)點的資源( c p u 、存儲、網(wǎng)絡(luò)帶寬等) ，使得每個端節(jié)點既作為客戶端又 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第1 章緒論 作為服務(wù)器，使得流媒體數(shù)據(jù)的分發(fā)分散化，從而減輕服務(wù)器的i 0 負載和網(wǎng)絡(luò) 帶寬需求。為構(gòu)建大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù)提供了一種低成本的解決方案。 1 2 2p 2 p 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu) p 2 p 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)主要有三種：中心目錄服務(wù)器模型、非結(jié)構(gòu)化模型和結(jié)構(gòu) 化模型。 1 中心目錄服務(wù)器模型 顧名思義，這種模型具有類似c s 架構(gòu)的中心目錄服務(wù)器，所有節(jié)點都必須 與中心目錄服務(wù)器建立連接，由中心目錄服務(wù)器負責(zé)索引它們上面的內(nèi)容。在內(nèi) 容定位上，首先節(jié)點向中心目錄服務(wù)器發(fā)出請求，中心目錄服務(wù)器根據(jù)請求返回 符合要求的節(jié)點，然后文件交換就直接在請求節(jié)點和返回節(jié)點之間進行。這種模 型仍然具有c s 架構(gòu)的缺點，當網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的數(shù)量增多時，服務(wù)器端的存儲和帶 寬等成為限制。n a p s t e r 的實現(xiàn)是這種模型的代表。 2 非結(jié)構(gòu)化模型 這種模型完全沒有了索引服務(wù)器的概念。它采用一種稱為“洪泛”方式的定 位機制：每個節(jié)點廣播請求消息給所有和它直接相連的節(jié)點，如果這些節(jié)點都沒 有所請求的內(nèi)容，則繼續(xù)廣播這個請求消息給所有和它們直接相連的節(jié)點，這個 過程一直持續(xù)到找到所請求的內(nèi)容或者廣播的次數(shù)超過了某個值為止。該模型中 的“洪泛 定位方式會消耗很大的帶寬，因此可擴展性較差。然而這種方式非常 有效，并且可以通過設(shè)置請求消息中的1 v r l 參數(shù)、緩存搜索過的路徑等方式來改 善性能。代表系統(tǒng)有g(shù) n u t e l l a ，k a z a a 等。 3 結(jié)構(gòu)化模型 結(jié)構(gòu)化模型是基于分布式哈希表( d i s t 曲u t e dh a s ht a b l e ，d h t ) 技術(shù)的一 種p 2 p 網(wǎng)絡(luò)模型。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點和對象都會被賦予一個標識( i d ) ，并且每 個節(jié)點維護部分其它節(jié)點的信息。當文件被發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中時，根據(jù)該文件的名字 和內(nèi)容，用某種h a s h 算法( 如s h a l ) 生成一個文件i d ，然后由d h t 把該文件路 由給網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點i d 最接近文件i d 的節(jié)點，所有參與路由的節(jié)點同時保存一份該文 件的拷貝。當某個節(jié)點請求某個文件時，請求就會被轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點i d 最接近所請求 文件i d 的節(jié)點，然后文件就可以被路由給請求節(jié)點。相比于中心目錄服務(wù)器模型， 4 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究第l 章緒論 這種模型實際上是把索引的功能分散到了網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點，是一種純正的p 2 p 系統(tǒng)；相比于非結(jié)構(gòu)化模型，采用d h t 的定位機制不存在過度消耗帶寬的問題， 可擴展性好。p a s t 叭c h o r d 和c a n 等是這種模型的代表。 1 2 3p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn) 與p 2 p 文件共享等應(yīng)用相比，將p 2 p 技術(shù)應(yīng)用于流媒體分發(fā)服務(wù)的研究所面 臨的挑戰(zhàn)更加嚴峻，這是因為p 2 p 網(wǎng)絡(luò)和流媒體技術(shù)本身具有的特殊性，例如 1 1 1 t e m e t 上眾多提供服務(wù)的p e e r 節(jié)點的服務(wù)能力有限，不同的p e e r 節(jié)點具有不同的 服務(wù)能力，p e e r 節(jié)點加入和離開系統(tǒng)具有隨機性，流媒體帶寬資源占用高，流媒 體對數(shù)據(jù)的播放有較為嚴格的時限和順序要求等。歸納起來，基于p 2 p 的流媒體 分發(fā)技術(shù)主要面臨如下幾個方面的挑戰(zhàn)： 1 p e e r 節(jié)點的定位機制 在p 2 p 流媒體系統(tǒng)中，p e e r 節(jié)點一般需要請求從其它p e e r 節(jié)點獲取流媒體數(shù) 據(jù)，因此，新節(jié)點請求加入系統(tǒng)時首先需要搜索定位能為其提供服務(wù)的p e e r 節(jié)點， 而在節(jié)點加入系統(tǒng)后，一旦提供服務(wù)的p e e r 節(jié)點離開或失效，也需要重新搜索定 位新的p e e r 服務(wù)節(jié)點。一種最直觀的解決方法是采用中心目錄服務(wù)器模型，引入 中心索引服務(wù)器來記錄并維護系統(tǒng)中所有p e e r 節(jié)點的狀態(tài)信息，p e e r 節(jié)點在加入 或重新加入系統(tǒng)時也直接從中心索引服務(wù)器上獲取p e e r 服務(wù)節(jié)點。這種方式雖然 簡單易行，但至少有兩點缺陷：一是中心索引服務(wù)器容易成為系統(tǒng)瓶頸。當用戶 數(shù)量達到十萬甚至百萬規(guī)模時，中心索引服務(wù)器本身就可能被與p e e r 節(jié)點狀態(tài)維 護相關(guān)的信息所淹沒；二是中心索引服務(wù)器容易成為系統(tǒng)的單點失效節(jié)點，從而 削弱系統(tǒng)的魯棒性。因此在大規(guī)模的p 2 p 流媒體應(yīng)用環(huán)境下如何建立有效的p e e r 節(jié)點搜索定位機制，是p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)研究中所面臨的第一個挑戰(zhàn)； 2 p e e r 節(jié)點的退出檢測與處理 在p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中，p e e r 節(jié)點是自組織的，它們可以隨時加入系統(tǒng)，也可以隨時 離開系統(tǒng)，或因為發(fā)生故障而失效，這會導(dǎo)致系統(tǒng)中其它部分節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) 中斷。這種p e e r 節(jié)點的離開或失效行為在今天的1 1 1 t e m e t 環(huán)境下是不可避免且可能 頻繁發(fā)生的，因此，如何從p 2 p 流媒體分發(fā)系統(tǒng)體系設(shè)計的角度出發(fā)來避免或減 少p e e r 節(jié)點離開或失效行為的影響，或者建立某種類型的快速反應(yīng)機制來減少其 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第l 章緒論 它節(jié)點服務(wù)被中斷的時間，成為p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)研究中所面臨的又一挑戰(zhàn)； 3 o o s 服務(wù)質(zhì)量保證 當前流行的各種視頻壓縮標準產(chǎn)生的視頻流碼率都比較高，如m p e g 1 的碼 率為1 5 m b p s ，m p e g - 2 的碼率為2 1 0 m b p s ，m p e g - 4 的碼率約為幾十k b p s 到幾 m b p s ，超過或低于此碼率都會導(dǎo)致解碼時緩沖區(qū)發(fā)生上溢或下溢，影響播放質(zhì) 量，因此在流媒體數(shù)據(jù)的分發(fā)過程中必須盡量保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。然而數(shù)據(jù) 包在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中往往會發(fā)生丟包、延遲等現(xiàn)象，這些都會影響接收方的q o s 服務(wù)質(zhì)量。此外，p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中p e e r 節(jié)點之間的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源有限，p e e r 可能隨時 離開或失效，這些因素將導(dǎo)致p 2 p 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下流媒體分發(fā)服務(wù)的q o s 服務(wù)質(zhì)量問 題更加突出。因此在p 2 p 流媒體分發(fā)服務(wù)中如何對p e e r 節(jié)點的q o s 服務(wù)質(zhì)量提供 保障已成為p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)研究中的核心問題； 4 p e e r 節(jié)點的異構(gòu)性處理 p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中存在眾多的p e e r 節(jié)點，這些p e e r 節(jié)點所具備的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源、主 機處理能力( c p u 、存儲能力等) 實際上是有差異的；并且不同p e e r 節(jié)點對流媒 體播放的質(zhì)量也有不同的需求，這種質(zhì)量差異往往用分辨率、幀率等指標來度量。 因此，不同的p e e r 節(jié)點在對數(shù)據(jù)的接收處理能力和對外服務(wù)能力等方面存在異構(gòu) 性。在基于p 2 p 的流媒體分發(fā)服務(wù)中，如何適應(yīng)并利用p e e r 節(jié)點之間的這些異構(gòu) 性，也是p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)研究中的挑戰(zhàn)之一； 5 激勵機制及其他 在p 2 p 系統(tǒng)中，所有p e e r 節(jié)點都是平等的，它們既是客戶端同時又是服務(wù)器， 這種對等模式使得p 2 p 系統(tǒng)具有諸如自組織、高可擴展性等特征。然而在現(xiàn)實中， p 2 p 系統(tǒng)中的節(jié)點往往更多地表現(xiàn)出自興趣( s e l f - i n t e r e s t ) 和理性( r “o n a l i t v ) ， 個體節(jié)點的目標往往是最大化自身的網(wǎng)絡(luò)效用( n e t w o r ku t i l i t y ) ，這就導(dǎo)致了 p 2 p 網(wǎng)絡(luò)中“搭便車 ( 仔e e r i d i n g ) 問題，即系統(tǒng)中絕大多數(shù)節(jié)點并不貢獻資源， 整個網(wǎng)絡(luò)的運行只是依賴于少量節(jié)點的無私奉獻。a d a l r 等人對g n u t e l l a 網(wǎng)絡(luò)的用 戶行為做了研究【17 1 ，研究發(fā)現(xiàn)，7 0 的g n u t e l l a 用戶并不共享任何文件，接近5 0 的查詢命中僅來自1 的g n u t e l l a 用戶。這種“搭便車”的行為導(dǎo)致了i n t e m e t 空閑 資源的利用率較低，不能充分發(fā)揮p 2 p 模式的優(yōu)勢。因此如何建立一套有效的激 勵機制，使得p e e r 節(jié)點在行使消費者角色的同時，主動承擔(dān)為其它節(jié)點提供服務(wù) 6 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究第l 章緒論 的職責(zé)，也是p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)中一項值得研究的課題。此外，如何評估共享 資源的真實性和可靠性，如何有效地檢測并抵御惡意p e e r 節(jié)點所實施的攻擊或欺 騙等行為，這些都是p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)研究中需要解決的問題【18 1 。 本文的研究主要針對上述挑戰(zhàn)中的前四點，在研究過程中假設(shè)所有p e e r 節(jié)點 都是無私的，即并不涉及對第五點提及的相關(guān)內(nèi)容的研究。 1 3 相關(guān)研究現(xiàn)狀 如何為大規(guī)模并發(fā)用戶建立一個高效穩(wěn)定的p 2 p 流媒體分發(fā)系統(tǒng)已經(jīng)成為 當今研究的熱點。其中，基于p 2 p 技術(shù)的應(yīng)用層組播方法，可以在不改變i n t e m e t 現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的條件下在應(yīng)用層實現(xiàn)組播。雖然它的組播效率相對i p 組播方法 低，但是其良好的可擴展性和經(jīng)濟性使得其在近年來得到廣泛關(guān)注。1 9 9 8 年出 現(xiàn)的w 曲c a s t 是最早利用p 2 p 技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模流媒體點播和直播的系統(tǒng)，它主要 利用一棵二叉組播樹在用戶之間進行實時多媒體數(shù)據(jù)的傳輸和共享。此后由于 p 2 p 流媒體直播服務(wù)相對容易實現(xiàn)，首先得到快速發(fā)展。2 0 0 0 年出現(xiàn)的e s m ( e n d s y s t 鋤m u l t i c a s t ) 【1 9 】，是第一套p 2 p 流媒體直播系統(tǒng)，它標志著p 2 p 流媒體直 播技術(shù)進入了系統(tǒng)發(fā)展期。e s m 系統(tǒng)采用網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)進行互連構(gòu)造最優(yōu)媒體 數(shù)據(jù)組播樹的方法在用戶問傳播實時的多媒體內(nèi)容。由于算法限制，這套系統(tǒng)只 能擴展到幾千人同時在線。此后，各種p 2 p 流媒體直播系統(tǒng)、高度可擴展的應(yīng)用 層組播協(xié)議大量涌現(xiàn)。其中典型的系統(tǒng)有s t 鋤f o r d 大學(xué)的p e e r c a s t 【2 0 】和德國的 p 2 p r a d i n ，而應(yīng)用層組播協(xié)議有馬里蘭大學(xué)的n i c e 【2 l 】、思科的o v e r c a s t 【2 2 1 、微 軟的c o o p n e t 【2 3 1 和s p l i t s t r e 鋤【2 4 1 、伯克利大學(xué)的g o s s i p 【2 5 】等。這些系統(tǒng)和協(xié)議 為p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)的發(fā)展打下了堅實的理論基礎(chǔ)。2 0 0 4 年5 月歐洲杯期間， 香港中文大學(xué)的張欣研博士開發(fā)出了c o o l s t r e a m i n 9 2 6 】原型系統(tǒng)并在p l a n e t l a b 網(wǎng) 上試用獲得成功。 在基于p 2 p 技術(shù)的應(yīng)用層組播的各種流媒體分發(fā)服務(wù)方案中，分別存在按覆 蓋網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、按播放類型、按有無預(yù)部署服務(wù)節(jié)點的基礎(chǔ)設(shè)施這三種類型劃 分。其中第一種劃分存在單組播樹拓撲、多組播樹拓撲和網(wǎng)狀拓撲三種拓撲結(jié)構(gòu)； 第二種劃分包括了直播和點播兩種不同的流媒體播放模式：第三種劃分則存在有 無預(yù)部署節(jié)點的兩種部署模式。下面將分別按照這三種不同的分類方法對現(xiàn)有的 7 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第l 章緒論 基于p 2 p 的流媒體分發(fā)技術(shù)的研究狀況進行論述和分析。 1 3 1p 2 p 流媒體分發(fā)系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu) 目前，p 2 p s t r e a m i n g 分發(fā)模型可以分為三類：基于單組播樹拓撲的協(xié)議、基 于多組播樹拓撲的協(xié)議和基于網(wǎng)狀拓撲的協(xié)議。 1 基于單組播樹拓撲的數(shù)據(jù)分發(fā) 基于單組播樹拓撲的協(xié)議把節(jié)點組織成一棵應(yīng)用層組播樹，數(shù)據(jù)的傳輸方式 通常采用“推”( p u s h ) 的機制，即由樹的父節(jié)點負責(zé)為子節(jié)點傳送數(shù)據(jù)。當 父節(jié)點退出或失效時，它的子結(jié)點將暫時得不到數(shù)據(jù)，服務(wù)質(zhì)量受到影響，這時 就要求系統(tǒng)盡快重建連接。早期的流媒體分發(fā)系統(tǒng)多采用這種結(jié)構(gòu)，典型代表有 e s m 19 1 、p e e r c a s t 【2 0 1 、n i c e 【2 、z i g z a g 【2 7 】等。 基于單組播樹的方案控制方式相對簡單，可以達到很好的數(shù)據(jù)傳輸效率，研 究的主要問題包括：如何設(shè)計組播樹構(gòu)造方法和組播協(xié)議，以達到特定的性能指 標要求；如何增強系統(tǒng)的容錯性，即如何減少節(jié)點離開或失效行為對其它節(jié)點的 影響。此外，基于單組播樹拓撲的協(xié)議還存在一個難題：所有的葉結(jié)點只接收數(shù) 據(jù)而沒有對系統(tǒng)做出貢獻，這會造成大量節(jié)點能力的浪費和系統(tǒng)的不公平。 2 基于多組播樹拓撲的數(shù)據(jù)分發(fā) 微軟研究院的c o o p n e t 俐和s p l i t s t r c 鋤【2 4 】采用的是基于多組播樹拓撲的方 案。這兩個模型都利用了多描述編碼( m u l t i p l ed e s 嘶p t i o nc o d i n g ，m d c ) ，構(gòu)建 以源節(jié)點為根節(jié)點的多棵組播樹。采用m d c 編碼后的媒體流，分成多個層分別 同時沿多個組播樹進行傳輸，每個節(jié)點從它參與的多棵組播樹上獲取數(shù)據(jù)，然后 再將各層數(shù)據(jù)整合，解碼還原成可以播放的媒體數(shù)據(jù)。當某棵組播樹上的父節(jié)點 離開或失效時，只會導(dǎo)致一條m d c 子流的傳輸被中斷，節(jié)點還可以從其它組播 樹上繼續(xù)接收其它的m d c 子流，由于m d c 流在解碼時不存在依賴關(guān)系，某些層 的數(shù)據(jù)缺失并不會造成媒體數(shù)據(jù)無法播放，只會影響其播放質(zhì)量，這在很多情況 下是用戶可以接受的。 多組播樹模型研究的目標主要是如何實現(xiàn)將一個節(jié)點放在不同組播樹的多 個位置上，這些位置可以是隨機選擇或者是采用某種確定性算法來實現(xiàn)。此外， 節(jié)點帶寬資源異構(gòu)、路由節(jié)點選擇等問題也是多組播樹模型研究的內(nèi)容。 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第l 章緒論 相比單組播樹方案，多組播樹方案可以充分利用系統(tǒng)中每個節(jié)點的帶寬資 源，采用m d c 編碼使系統(tǒng)能夠較好地適應(yīng)節(jié)點的動態(tài)性和節(jié)點之間帶寬的抖動， 具有良好的容錯性；但多組播樹的維護開銷大于單組播樹，且維護操作相對復(fù)雜。 3 基于網(wǎng)狀拓撲的數(shù)據(jù)分發(fā) 在這種分發(fā)模型中，節(jié)點首先自組織形成一個網(wǎng)狀的控制拓撲，節(jié)點之間可 能存在一條或多條連接路徑，然后根據(jù)協(xié)議選取一個邊的子集計算一棵數(shù)據(jù)分發(fā) 樹，用以傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)狀拓撲模型的研究重點關(guān)注的是怎樣提高、優(yōu)化覆蓋網(wǎng)的 效率，然后利用已有的算法構(gòu)建數(shù)據(jù)分發(fā)樹。較為典型的系統(tǒng)包括 c 0 0 1 s t r e 鋤i n 9 2 6 1 、g r i d m e d i a 【2 引、b u l l e t 【2 9 1 。它們的主要思想均為利用g o s s i p 協(xié) 議來構(gòu)造一個網(wǎng)狀隨機拓撲結(jié)構(gòu)。在傳輸過程中，每個節(jié)點動態(tài)地和其他節(jié)點交 換本地緩存的數(shù)據(jù)視圖，并根據(jù)播放進度和數(shù)據(jù)視圖向鄰居節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)請求， 然后從多個節(jié)點并行接收媒體數(shù)據(jù)。這種以存儲轉(zhuǎn)發(fā)為基礎(chǔ)，先獲取對方節(jié)點所 擁有的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息再發(fā)起請求的傳輸方式就是“拉 ( p u l l ) 的機制。結(jié)果 對于每個節(jié)點都形成一個多對多的數(shù)據(jù)傳輸模型。 與單組播樹和多組播樹的方案相比，基于網(wǎng)狀拓撲的分發(fā)方案使得節(jié)點可以 從任何相鄰的節(jié)點獲取自身需要的數(shù)據(jù)，具有更好的魯棒性，在較高節(jié)點擾動 ( c h u m ) 的情況下，對節(jié)點播放質(zhì)量的影響相對較小，但是系統(tǒng)存在與上層傳 輸覆蓋網(wǎng)絡(luò)的拓撲不匹配、需要較大緩存、啟動延遲比較大等問題。 1 3 2p 2 p 流媒體的直播和點播 p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù)按播放類型可以分為直播和點播。 1 p 2 p 流媒體直播 p 2 p 流媒體直播是指基于應(yīng)用層組播的有同步時序要求的流媒體技術(shù)。在 p 2 p 直播系統(tǒng)中，節(jié)目內(nèi)容首先被壓縮、編碼，然后由直播源節(jié)點推送到由眾多 p e e r 節(jié)點組成的覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，通過在線的p e e r 節(jié)點對媒體數(shù)據(jù)進行中繼傳輸，接 收節(jié)點收到編碼數(shù)據(jù)之后再進行解碼觀看。現(xiàn)有的p 2 p 直播系統(tǒng)包括 c 0 0 1 s t r e a m i n g 【2 6 】、g r i d m e d i a 【2 8 1 、p r o m i se 【3 0 1 、p r o 【3 1 1 等。衡量p 2 p 直播系統(tǒng)的 重要指標有同步丟失延時、啟動播放延時和抖動延時。同步丟失是指在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò) 傳輸和p e e r 節(jié)點中繼傳輸后，媒體內(nèi)容的視頻幀在多個p e e r 節(jié)點播出時出現(xiàn)不同 9 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第l 章緒論 步的情況。同步丟失延時就是在發(fā)生同步丟失的情況下，p e e r 節(jié)點播放初始視頻 幀的時間相對于該幀被視頻源輸出的延時。在物理相鄰節(jié)點出現(xiàn)視頻內(nèi)容不同步 時，此類延時要求盡量減小。啟動播放延時主要是指p e e r 節(jié)點啟動播放操作之后 到節(jié)目開始播放之間的延時。而抖動延時主要是指囚鄰居節(jié)點失效、退出和網(wǎng)絡(luò) 擁塞等原因?qū)е鹿?jié)目播放失敗后，再次恢復(fù)播放所需要的時間。以上三種延時對 用戶的直播體驗有較大的影向。 p 2 p 直播通常采用的拓撲結(jié)構(gòu)包含了單組播樹、多組播樹和網(wǎng)狀三種拓撲模 型。在基于單組播樹的拓撲結(jié)構(gòu)中，每棵組播樹上的節(jié)點共享從源服務(wù)器一個頻 道所流出的數(shù)據(jù)，每個節(jié)點只參與到一棵組播樹中，這種數(shù)據(jù)分發(fā)方式在服務(wù)提 供者和服務(wù)消費者數(shù)目關(guān)系上屬一對多模式。它存在葉節(jié)點帶寬資源得不到有效 利用、中間節(jié)點的離開或失效行為對子節(jié)點的影響較大、q o s 難以保障等問題。 在基于多組播樹的數(shù)據(jù)分發(fā)方案中，數(shù)據(jù)流在源服務(wù)器端被分割成多條子流，每 條子流用一棵單獨的組播樹進行傳輸，每個p e e r 節(jié)點可以根據(jù)自己的帶寬資源情 況加入到單棵或多棵組播樹中。這種直播系統(tǒng)播放質(zhì)量高，但存在網(wǎng)絡(luò)拓撲維護 代價高和操作復(fù)雜等問題。在基于網(wǎng)狀拓撲的數(shù)據(jù)分發(fā)方案中，新節(jié)點在加入時 隨機從現(xiàn)有系統(tǒng)中挑選出多個p e e r 節(jié)點作為其鄰居節(jié)點，并通過運行相關(guān)的數(shù)據(jù) 調(diào)度算法來從多個鄰居節(jié)點同時獲取數(shù)據(jù)。由于節(jié)點可以同時從多個節(jié)點獲取數(shù) 據(jù)，因此可較好的解決節(jié)點擾動( c h u m ) 對系統(tǒng)造成的影響，系統(tǒng)的播放質(zhì)量 和魯棒性較高?，F(xiàn)在流行的p 2 p 直播系統(tǒng)大多采用這種方式。然而，這種系統(tǒng)也 存在網(wǎng)絡(luò)拓撲不匹配、需要比較大的緩存、啟動延遲比較大等問題。 2 p 2 p 流媒體點播 p 2 p 流媒體點播也是基于應(yīng)用層組播的流媒體技術(shù)，相對于直播系統(tǒng)，它具 有更強的異步時序特征。在p 2 p 流媒體點播系統(tǒng)中，p e e r 節(jié)點之間播放的視頻時 序并不要求與視頻源或其它節(jié)點的視頻幀同步，而只是與用戶播放操作行為相 關(guān)，用戶對播放的進度可以自由控制。例如暫停、快進和快退等操作功能，此類 操作提供了更貼近用戶需求的操作自由度。文獻 3 2 的p 2 c a s t 就是典型的p 2 p 點播 方案。在p 2 p 點播系統(tǒng)中，如何對用戶異步播放操作進行快速響應(yīng)是急需解決的 核心問題。由于用戶的異步操作使得播放進程具有獨立的播放時序，這就導(dǎo)致了 p e e r 節(jié)點之間的播放時序重合度低，在緩存空間有限的條件下，本地緩存對鄰居 1 0 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究第1 章緒論 節(jié)點可用的概率也會隨之降低，從而相對直播而言p e e r 節(jié)點更難得到需要的媒體 數(shù)據(jù)。對此問題，學(xué)者們通常采用的方法就是優(yōu)化p e e r 節(jié)點媒體數(shù)據(jù)的緩存和搜 索算法。通過對緩存算法的優(yōu)化，提高本地緩存數(shù)據(jù)對鄰居節(jié)點的可用度；通過 優(yōu)化搜索算法，提高節(jié)點搜索到所需要的媒體數(shù)據(jù)的速度。此外，對于p 2 p 點播 技術(shù)的異步請求要求系統(tǒng)具有快速響應(yīng)特性，在普遍存在節(jié)點擾動和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不 穩(wěn)定的情況下，多數(shù)點播方案采用了網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)傳輸。 1 3 3 基于基礎(chǔ)設(shè)施的p 2 p 流媒體分發(fā)技術(shù) 在基于基礎(chǔ)設(shè)施的p 2 p 流媒體分發(fā)方案中，需要事先在網(wǎng)絡(luò)上部署一定數(shù)量 的組播服務(wù)節(jié)點m s n ( m u l t i c a s ts e r v i c en o d e s ) ，這些m s n 節(jié)點在流媒體數(shù)據(jù) 分發(fā)的過程中構(gòu)成核心組播分發(fā)樹，而每個p e e r 節(jié)點必須先連接到某個m s n 節(jié)點 上，才能接收到流媒體數(shù)據(jù)。這種由m s n 節(jié)點組成的核心傳輸網(wǎng)絡(luò)被稱為覆蓋 組播網(wǎng)絡(luò)( o v e r l a ym u l t i c a s tn e 觚o r k ，o m n ) 。通常，m s n 節(jié)點配置為服務(wù)器， 并預(yù)先部署在有較高出口帶寬的機房中。相比普通的p e e r 節(jié)點，m s n 節(jié)點具有更 高的處理能力、更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬、更好的穩(wěn)定性和安全性，并可以同時為若干個 p e e r 節(jié)點提供服務(wù)。相比完全基于純p e e r 節(jié)點的p 2 p 流媒體服務(wù)平臺，基于基礎(chǔ) 設(shè)施的p 2 p 流媒體分發(fā)方案雖然在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)上付出了更大的成本代價，但可 以為大規(guī)模并發(fā)用戶提供更高q o s 保障的流媒體分發(fā)服務(wù)；同時，在相同的大規(guī) 模用戶數(shù)情況下，相比基于c s 架構(gòu)模式的流媒體服務(wù)系統(tǒng)更具有單用戶服務(wù)成 本優(yōu)勢。 b a n e l j e e 等提出的o m n i 【3 3 1 和x u 等在文獻 3 4 】中提出的p 2 p 點播系統(tǒng)是典型 的基于基礎(chǔ)設(shè)施的p 2 p 流媒體分發(fā)方案。這些方案大多注重m s n 節(jié)點拓撲結(jié)構(gòu)的 構(gòu)建及優(yōu)化，并且僅停留在系統(tǒng)原型層面。而針對具有高q o s 保障需求的p 2 p 流 媒體分發(fā)服務(wù)，它們無論是在m s n 拓撲結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和優(yōu)化上，還是在普通p e e r 節(jié)點之間流媒體數(shù)據(jù)調(diào)度、緩存等的設(shè)計上都比較欠缺，尚不能形成一個可具體 實施的解決方案。 1 4 論文研究內(nèi)容 基于p 2 p 的q o s 保證的流媒體分發(fā)服務(wù)的研究 第l 章緒論 根據(jù)上述研究現(xiàn)狀，可知當前p 2 p