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

1、伴隨著用戶接入寬帶的快速增長、個人計算機(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)展成最熱門的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之一，能支持?jǐn)?shù)以百萬的用戶同時觀看高清視頻，極大地推動了資訊在互聯(lián)網(wǎng)上的快速傳播。在獲得迅猛發(fā)展的同時，P2P流媒體系統(tǒng)還存在著諸多等待解決的問題，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銷太大等。針對上述問題，本文從理論建模、網(wǎng)絡(luò)測

2、量及協(xié)議設(shè)計這三個方面開展工作，取得的主要研究成果如下：
　　(1)針對P2P點播系統(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題，建立了針對演播中斷的服務(wù)質(zhì)量評估模型。該模型首先利用帶漂移的布朗運(yùn)動對節(jié)點的下載過程和視頻的演播過程分別進(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。在視頻的演播過程中，起始階段發(fā)生中斷的概率很高；在一次演播過程中，發(fā)生多次中斷的現(xiàn)象是存在的，但其概率很小。為驗證播放中斷的性質(zhì)，對PPLive點播系統(tǒng)的數(shù)百萬個用戶展開了為期5天的網(wǎng)絡(luò)測量且實測結(jié)果與上述結(jié)論是一致的。上述模型不僅揭示了P2P點播系統(tǒng)的特性，更為新帶寬分配算法的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)針對P2P點播系統(tǒng)

4、中由于各節(jié)點分得的帶寬資源與節(jié)點實際需求之間的匹配度低、聯(lián)動性差(節(jié)點分得的帶寬資源不能隨節(jié)點需求量的變化而實時改變)而導(dǎo)致節(jié)點演播質(zhì)量嚴(yán)重分化的問題，建立了一個節(jié)點帶寬需求模型，給出了節(jié)點期望帶寬與預(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?，提出了一種分布式上載帶寬分配算法，該算法可以實現(xiàn)系統(tǒng)帶寬資源在異構(gòu)節(jié)點之間的實時動態(tài)分配，使預(yù)取數(shù)據(jù)量多或所觀看視頻碼率低的節(jié)點釋放多余的帶寬，并將釋放的帶寬分配給預(yù)取數(shù)據(jù)量少

5、或所觀看視頻碼率高的節(jié)點，最終使所有節(jié)點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)點的啟動延時又能降低服務(wù)器的帶寬消耗。
　　(3)針對P2P點播系統(tǒng)中由于節(jié)點無預(yù)取限制而導(dǎo)致節(jié)點演播質(zhì)量兩極分化的問題，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)點會主動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，從而使得低下載能力節(jié)點也能獲得與高下載能力節(jié)點同樣的演播質(zhì)量。針對該策略