P2P流媒體系統(tǒng)能力研究課件

P2P流媒體系統(tǒng)能力研究答辯人：陳一帥2010年6月11日北京交通大學(xué)博士研究生答辯P2P流媒體系統(tǒng)能力研究答辯人：陳一帥北京交通大學(xué)博士研究生大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介研究?jī)?nèi)容實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量媒體塊調(diào)度算法對(duì)FlashCrowd的支持對(duì)VBR的支持總結(jié)和展望大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介歷史起源于中國(guó)2004，華中科技大學(xué)，香港科技大學(xué)，成長(zhǎng)于春晚海外華人看春晚的最佳途徑逐漸獲得研究界的關(guān)注Sigcom07workshopInfocom09bestpaper商業(yè)化于中國(guó)PPLive，最流行的軟件，上億的用戶(hù)，同時(shí)在線用戶(hù)上百萬(wàn)奧運(yùn)直播CNTVIPTV機(jī)頂盒歷史起源于中國(guó)系統(tǒng)組成與技術(shù)特點(diǎn)視頻質(zhì)量較好400kbps（標(biāo)清）800kbps（高清）1.2Mbps（藍(lán)光）網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大（百萬(wàn)人同時(shí)看一個(gè)節(jié)目）對(duì)服務(wù)器的性能和帶寬要求低系統(tǒng)組成與技術(shù)特點(diǎn)視頻質(zhì)量較好網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大（百萬(wàn)人同時(shí)看一個(gè)節(jié)基于Buffer的P2P共享長(zhǎng)度：幾十秒到上百秒基于Buffer的P2P共享長(zhǎng)度：幾十秒到上百秒Buffer的滑動(dòng)本地播放完成&&其它Peer不需要時(shí)，就Reject。Buffer的滑動(dòng)本地播放完成&&其它Peer不需要時(shí)，大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介研究?jī)?nèi)容實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量媒體塊調(diào)度算法對(duì)FlashCrowd的支持對(duì)VBR的支持總結(jié)和展望大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量?jī)刹糠郑築uffer管理策略的測(cè)量媒體塊的傳輸性能的測(cè)量實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量?jī)刹糠郑築uffer管理策略的測(cè)量問(wèn)題：對(duì)Buffer的管理策略依舊模糊不清固定大?。篊oolstreaming，BiTos變化大?。篖iuYongPPLiveBuffer管理策略的測(cè)量問(wèn)題：對(duì)Buffer的管理策略依舊測(cè)量方法觀察VBR時(shí)緩沖區(qū)的變化長(zhǎng)度的變化出口處的Rejection速度的變化測(cè)量方法觀察VBR時(shí)緩沖區(qū)的變化測(cè)量結(jié)果長(zhǎng)度和速度成正比出口處Rejection的速率隨MediaServer送出媒體塊的速度變化而變化，且時(shí)延較固定固定時(shí)延Buffer？較難實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果長(zhǎng)度和速度成正比固定時(shí)延Buffer？實(shí)現(xiàn)方法所有Peer以同一個(gè)速度Reject同一個(gè)媒體塊該速度等于該媒體塊的演播速度dq(t)/dt=r(t)

g(t)d

(t)/dt=0固定時(shí)延緩沖好處：-自適應(yīng)地BufferSize調(diào)整-有利于P2P共享。實(shí)現(xiàn)方法所有Peer以同一個(gè)速度Reject同一個(gè)媒體塊dq小結(jié)測(cè)量了真實(shí)世界系統(tǒng)的固定時(shí)延緩沖區(qū)的性質(zhì)，揭示了其實(shí)現(xiàn)方法。這個(gè)連PPLive的人都沒(méi)有想到，他們完全是無(wú)意中這么做的小結(jié)測(cè)量了真實(shí)世界系統(tǒng)的固定時(shí)延緩沖區(qū)的性質(zhì)，揭示了其實(shí)現(xiàn)方媒體塊傳輸性能的測(cè)量媒體塊傳輸性能的測(cè)量P2P的媒體塊傳播實(shí)際：a×log2(N)，a>1a越小，性能越好X(t)=2tT=log2(N)P2P的媒體塊傳播實(shí)際：X(t)=2tT=log2(測(cè)量的困難傳統(tǒng)測(cè)量方法記錄每個(gè)Peer的收到時(shí)間統(tǒng)計(jì)出X(t)問(wèn)題：在P2P網(wǎng)絡(luò)中難以收集大范圍的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)用戶(hù)不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大缺少時(shí)間同步測(cè)量的困難傳統(tǒng)測(cè)量方法從Peer的Buffer填充情況推斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的媒體塊擴(kuò)散速度用戶(hù)Buffer的填充情況隱含了媒體塊的擴(kuò)散情況（Bitmap）Buffer位置<->擴(kuò)散時(shí)間滑動(dòng)方向老媒體塊新媒體塊從Peer的Buffer填充情況推斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的媒體塊擴(kuò)散速前提：CBR測(cè)量方法Pm：填充率1。。。0前提：CBR測(cè)量方法Pm：填充率遍歷性的驗(yàn)證遍歷性的驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證有m的人的比例測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證有m的人的比例小結(jié)利用系統(tǒng)的特點(diǎn)從單個(gè)用戶(hù)緩沖區(qū)來(lái)Infer整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的媒體塊傳輸性能一葉而知秋并和大范圍的不穩(wěn)定數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行比較證明了從單個(gè)用戶(hù)緩沖區(qū)能夠大致推斷整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的媒體塊傳播質(zhì)量。該方法非常經(jīng)濟(jì)。實(shí)踐表明該方法簡(jiǎn)單，高效，正確。小結(jié)利用系統(tǒng)的特點(diǎn)大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介研究?jī)?nèi)容實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量媒體塊調(diào)度算法對(duì)FlashCrowd的支持對(duì)VBR的支持總結(jié)和展望大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介背景傳統(tǒng)媒體塊調(diào)度方法先收集Bitmap再調(diào)度（拿誰(shuí)）RarestFirst【BT】Greedy【BiToS】Random【Yong】問(wèn)題：回避了何時(shí)拿定時(shí)困難其實(shí)更難背景傳統(tǒng)媒體塊調(diào)度方法請(qǐng)求沖突帶來(lái)的重試問(wèn)題沖突，重試帶來(lái)延時(shí)研究P2P直播流媒體系統(tǒng)的新角度：隨機(jī)接入、沖突解決的角度特點(diǎn)：1）資源數(shù)逐漸增長(zhǎng)2）先占式的沖突請(qǐng)求沖突帶來(lái)的重試問(wèn)題沖突，重試研究P2P直播流媒體系新視角下的新調(diào)度算法類(lèi)似Aloha，沖突解決辦法當(dāng)發(fā)現(xiàn)媒體服務(wù)器送出了一個(gè)新的媒體塊時(shí)，先指數(shù)Backoff然后檢查自己的鄰居是否已經(jīng)有了這個(gè)媒體塊。如果有了，就去搶。如果沒(méi)有，或搶失敗了，就再指數(shù)Backoff易于實(shí)現(xiàn)調(diào)度和鄰居是否有這個(gè)Piece獨(dú)立：“盲”不需要周期調(diào)度，沒(méi)有定時(shí)的難題新視角下的新調(diào)度算法類(lèi)似Aloha，沖突解決辦法性能分析擴(kuò)散過(guò)程模型PPLive實(shí)測(cè)結(jié)果a=1.23，1.40性能分析擴(kuò)散過(guò)程模型a=1.23，1.40Heterogeneous網(wǎng)絡(luò)中的推廣用戶(hù)類(lèi)型上載帶寬（kb/s)用戶(hù)所占比例112820%238440%3100025%4500015%用戶(hù)的上載帶寬是不一樣的Heterogeneous網(wǎng)絡(luò)中的推廣用戶(hù)類(lèi)型上載帶寬（kbServer應(yīng)該優(yōu)先給高性能節(jié)點(diǎn)送給哪個(gè)呢？Server應(yīng)該優(yōu)先給高性能節(jié)點(diǎn)送給哪個(gè)呢？初始Peer選擇的性能分析初始peer的性能越高，媒體塊在網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散越快。和其他研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符【Marco】基于隨機(jī)接入，沖突解決的模型能夠反映真實(shí)世界系統(tǒng)的特征。第四類(lèi)第一類(lèi)初始Peer選擇的性能分析初始peer的性能越高，媒體塊在網(wǎng)高性能節(jié)點(diǎn)優(yōu)先算法先監(jiān)視鄰居或Peer的帶寬分布然后選擇高性能的peer優(yōu)先為它提供上載問(wèn)題監(jiān)視的成本大不靈活：Peer的不穩(wěn)定導(dǎo)致帶寬浪費(fèi)高性能節(jié)點(diǎn)優(yōu)先算法先監(jiān)視鄰居或Peer的帶寬分布我們的方法從沖突解決的視角出發(fā)上載帶寬小的節(jié)點(diǎn)讓一下慢一點(diǎn)重試：請(qǐng)求速度隨著帶寬變化晚一點(diǎn)請(qǐng)求：初始啟動(dòng)時(shí)間隨著帶寬變化高性能節(jié)點(diǎn)自然地能夠更早得到Piece，從而發(fā)揮它們的作用。好處：簡(jiǎn)單易行。不需要精確的帶寬測(cè)量和智能Peer選擇算法。我們的方法從沖突解決的視角出發(fā)性能慢一點(diǎn)請(qǐng)求平均傳輸時(shí)延減小了15.72%-28.12%

晚一點(diǎn)請(qǐng)求平均傳輸時(shí)延減小了63.17%性能慢一點(diǎn)請(qǐng)求晚一點(diǎn)請(qǐng)求小結(jié)從沖突解決的角度提出了盲隨機(jī)媒體塊調(diào)度算法，該算法簡(jiǎn)單，高效。并提出了慢節(jié)點(diǎn)讓步算法，改進(jìn)媒體塊傳播時(shí)延。從隨機(jī)接入，沖突解決的角度建立了媒體塊傳輸模型，正確反映了真實(shí)世界中媒體塊傳輸?shù)囊?guī)律。小結(jié)從沖突解決的角度提出了盲隨機(jī)媒體塊調(diào)度算法，該算法簡(jiǎn)單，大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介研究?jī)?nèi)容實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量媒體塊調(diào)度算法對(duì)FlashCrowd的支持對(duì)VBR的支持總結(jié)和展望大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介背景容量問(wèn)題：傳統(tǒng)的能力分析關(guān)注穩(wěn)定情況下緩沖區(qū)的大小和演播連續(xù)性的關(guān)系。T>log2NFlashCrowd,VBR時(shí)系統(tǒng)的容量問(wèn)題被忽略但是這些都是非常常見(jiàn)、重要的問(wèn)題背景容量問(wèn)題：直播中的FlashCrowd現(xiàn)象PPLive財(cái)經(jīng)頻道的實(shí)測(cè)結(jié)果11:30am和3pm，股市收盤(pán)時(shí)，大家涌入的現(xiàn)象。原因直播節(jié)目通常有預(yù)定的開(kāi)始時(shí)間定義用戶(hù)到達(dá)速度突然增加直播中的FlashCrowd現(xiàn)象PPLive財(cái)經(jīng)頻道的實(shí)測(cè)問(wèn)題新用戶(hù)無(wú)法啟動(dòng)。短Session意味著用戶(hù)無(wú)法啟動(dòng)問(wèn)題新用戶(hù)無(wú)法啟動(dòng)。短Session意味著用戶(hù)無(wú)法啟動(dòng)與傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)相悖傳統(tǒng)認(rèn)為P2P應(yīng)對(duì)FlashCrowd的能力很強(qiáng)BitTorrent與傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)相悖傳統(tǒng)認(rèn)為P2P應(yīng)對(duì)FlashCrowd的能原因新Peer貢獻(xiàn)少不拿到一定數(shù)量的媒體塊，不向外廣播Bitmap。嚴(yán)格從最老的拿起。Diversity不好結(jié)果：新Peer太多，平均每個(gè)人得到的下載速度都不行，大家都拖著。原因新Peer貢獻(xiàn)少模型啟動(dòng)過(guò)程：累積一定數(shù)目媒體塊的過(guò)程啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的變化率穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)數(shù)目的變化率模型啟動(dòng)過(guò)程：累積一定數(shù)目媒體塊的過(guò)程啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)仿真發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)具有一定的支持FlashCrowd的能力但這一能力是有限的小規(guī)模FC時(shí)能扛?。?倍）大規(guī)模FC時(shí)會(huì)崩潰（30倍）仿真發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)具有一定的支持FlashCrowd的能力小規(guī)模能力能扛住的最大FC強(qiáng)度與初始狀態(tài)無(wú)關(guān)，能用速度的倍數(shù)來(lái)表示與穩(wěn)定Peer停留時(shí)長(zhǎng)成正比。Power-law能力能扛住的最大FC強(qiáng)度改進(jìn)方法避免爭(zhēng)搶?zhuān)攸c(diǎn)培養(yǎng) 一個(gè)一個(gè)喂，喂起一個(gè)來(lái)，它就能夠貢獻(xiàn)改進(jìn)方法避免爭(zhēng)搶?zhuān)攸c(diǎn)培養(yǎng)結(jié)果總能恢復(fù)穩(wěn)定恢復(fù)時(shí)間為O(logV），其中V是FC的強(qiáng)度第一階段：第二階段：結(jié)果總能恢復(fù)穩(wěn)定第一階段：第二階段：小結(jié)模型了FC下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真發(fā)現(xiàn)了FC極大時(shí)系統(tǒng)崩潰的危險(xiǎn)，研究了系統(tǒng)支持FC的極限分析了問(wèn)題的根本原因在于用戶(hù)之間的沖突，證明了利用CAC方法解決用戶(hù)之間的沖突后系統(tǒng)支持FC的性能小結(jié)模型了FC下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介研究?jī)?nèi)容實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量媒體塊調(diào)度算法對(duì)FlashCrowd的支持對(duì)VBR的支持總結(jié)和展望大綱P2P流媒體系統(tǒng)簡(jiǎn)介背景VBR編碼效果好但對(duì)P2P系統(tǒng)是一個(gè)挑戰(zhàn)PP實(shí)驗(yàn)效果不好但沒(méi)有人研究過(guò)問(wèn)題：速度增加時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)更多媒體塊到達(dá)，使用戶(hù)的下載帶寬overload背景VBR編碼效果好問(wèn)題：速度增加時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)更多媒體塊到研究方法我們以前的測(cè)量出現(xiàn)過(guò)速率變化的情況以此切入研究系統(tǒng)中VBR時(shí)的動(dòng)態(tài)研究方法我們以前的測(cè)量出現(xiàn)過(guò)速率變化的情況質(zhì)量評(píng)估速度增加時(shí)用戶(hù)緩沖區(qū)填充率下降質(zhì)量評(píng)估速度增加時(shí)用戶(hù)緩沖區(qū)填充率下降壓扁平移原因分析速率增長(zhǎng)時(shí)下載速度變化不大緩沖區(qū)下載位置曲線變化下載速度變化不大平移原因：Fixed-DurationBuffer，BufferSize增長(zhǎng)壓扁原因：更多媒體塊的出現(xiàn)使下載范圍擴(kuò)大，但總下載速度不變，所以幅度變小壓扁平移原因分析速率增長(zhǎng)時(shí)下載速度變化不大下載速度變化不大平模型分析：穩(wěn)定情況下的緩沖區(qū)下載位置曲線緩沖區(qū)填充率曲線緩沖區(qū)下載位置曲線求導(dǎo)模型分析：穩(wěn)定情況下的緩沖區(qū)下載位置曲線緩沖區(qū)填充率曲線緩沖變化過(guò)程中的一種連續(xù)變化：例：在20s內(nèi)連續(xù)完成下載曲線的變化壓扁平移變化過(guò)程中的一種連續(xù)變化：例：在20s內(nèi)連續(xù)完成下載曲線的變緩沖區(qū)填充情況的變化從100%變?yōu)榱?5%對(duì)用戶(hù)演播質(zhì)量帶來(lái)沖擊緩沖區(qū)填充情況的變化從100%變?yōu)榱?5%速率增加的幅度越大，沖擊越大冪率速率增加的幅度越大，沖擊越大冪率系統(tǒng)的自適應(yīng)能力自動(dòng)恢復(fù)過(guò)程（缺乏模型）提高請(qǐng)求速度，從而提高了下載速度提高下載速度提高下載速度帶來(lái)的恢復(fù)重新站起來(lái)了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力自動(dòng)恢復(fù)過(guò)程（缺乏模型）提高下載速度提高下載恢復(fù)不了的補(bǔ)救措施在800的緩沖區(qū)位置，進(jìn)行一個(gè)補(bǔ)救措施。兜底恢復(fù)不了的補(bǔ)救措施在800的緩沖區(qū)位置，進(jìn)行一個(gè)補(bǔ)救措施。小結(jié)測(cè)量了VBR時(shí)系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題模型了VBR時(shí)用戶(hù)下載曲線的變化，由此模型分析了VBR時(shí)用戶(hù)緩沖區(qū)填充率的變化情況的模型，揭示了問(wèn)題，得到了VBR幅度和質(zhì)量下降幅度的定量關(guān)系。測(cè)量了真實(shí)世界系統(tǒng)在VBR下的自適應(yīng)恢復(fù)過(guò)程和特殊補(bǔ)救措施。小結(jié)測(cè)量了VBR時(shí)系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題結(jié)論實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量Buffer的Rejection算法驗(yàn)證了