《基于p2p的流媒体点播关键技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于p2p的流媒体点播关键技术研究（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、河北工业大学 硕士学位论文 基于P2P的流媒体点播关键技术研究 姓名：郭艳艳 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：许智宏 2010-12 河北工业大学硕士学位论文 i 基于基于 P2P 的流媒体点播关键技术研究的流媒体点播关键技术研究 摘摘 要要 流媒体点播对网络带宽要求很高，在传统基于 C/S 的模型中，当用户数量大规模增长 时，该模型由于网络带宽不足难以保证系统的服务质量。而在 P2P 网络模型中，节点之间 直接可以交互信息，从而大大减轻了服务器负载，提高了系统的扩展性。因此，将 P2P 技 术应用与流媒体点播具有很大优势。 近年来 P2P 应用于流媒体的研究非常热门，主要
2、集中于对数据调度，缓存管理，负载 均衡，激励机制等关键技术的研究上。其中缓存策略的优劣将直接影响到用户感受视频点 播质量的好坏，因此，本文重点对缓存策略进行研究。 通过对传统缓存替换算法进行分析，发现目前缓存替换策略基本都未考虑用户的点播 行为，对于 VCR(Video Cassette Recorder)操作频繁的流媒体点播系统，不能有效地利用 节点的缓存数据，从而影响播放质量。针对此问题，本文对大量用户点播的行为特征进行 统计分析，得出用户对数据块资源的欢迎程度表即数据块热度表，并分析了数据块资源的 供需值，通过将两者结合，提出了供需值和热度值替换策略。经过仿真实验，数据结果证 明，与传统
3、的缓存替换策略相比，本文提出的策略在启动延迟、播放连续度、服务器负载 三个性能指标方面有所提高。 关键词关键词：P2P，流媒体，缓存策略，替换策略 基于 P2P 的流媒体点播关键技术研究 ii RESEARCH ON KEY TECHNOLOGY OF P2P-BASED STREAMING MEDIA VOD SYSTEM ABSTRACT Streaming media on-demand has high requirements on bandwidth of network. When the number of users growth massive, the tradition
4、al model which based on the C / S, due to lack of network bandwidth, is difficult to guarantee the service quality of the system. However, in the model of P2P network, the information can interact directly in nodes, it reduce the load of server greatly and improve the system scalability. Therefore,
5、it has great advantages that the application of P2P technology on streaming media on-demand. In recent years, the research of P2P which is used on streaming media is very popular, especially in the data scheduling, cache management, load balancing, incentives, and other key technology. The cache rep
6、lacement strategy affects the quality of VOD directly. Therefore, this paper focuses on the cache replacement policy. Through analysis the traditional cache replacement algorithm, it was found that the existing cache replacement strategies do not consider the demand behaviors of users, cant use the
7、nodes cache data effectively for streaming media on demand which use VCR(Video Cassette Recorder) operating frequency, thus affecting the play quality. To solve the problem, this paper obtained the heat table of data block and analysis of the supply and demand value of data block resources by statis
8、tic of the behavioral characteristics of users. This paper proposed the replacement policy of the demand value and heat value by a combination of both. The simulation results show that the strategy which this paper proposed has a lot of advantages compared to the traditional cache replacement policy
9、, such as startup delay, play continuity, server load and so on. KEY WORDS: P2P, streaming media, cache strategies, replacement strategies 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公 开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任
10、由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内 容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索 以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者 机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的 部分或全部内容用于学术活动。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期：
11、导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1-1 课题的研究背景课题的研究背景 随着Intemet的发展和宽带网络的普及， 用户对网络的期望和要求越来越高。 人们不再满足于Internet 上只有文字、图像或声音这类简单信息，而希望看到内容更加丰富的音频、视频等媒体信息，多媒体技 术由此应运而生。 以前，多媒体文件需要从指定网站或服务器下载，当整个文件下载完成后，用户才能在本地进行播 放。由于多媒体文件一般都比较大，下载整个文件往往需要很长时间，限制了人们在互联网上使用多媒 体数据进行交流。另一方面，采用这种服务方式，用户无法观看到实时性较强的视频节目，比如现场
12、直 播，体育赛事等。而流媒体技术的出现使得这种状况得以转变。 所谓流媒体(Streaming Media)是指采用流的传输方式，在 Internet 或 Intranet 等数据网络上，按时间 先后次序传输和播放的连续时基的媒体格式，比如音频、视频和其他多媒体数据1。流媒体应用的一个 突出优点是用户不必等待较长时间将多媒体数据全部下载到本地后再开始播放， 而仅需接收到一部分数 据就可以开始播放了，在播放的同时继续下载后续数据。 Internet 上传统的流媒体系统是基于客户端/服务器(Client/Server，简称 C/S)模式的，一般包括一台 或多台服务器，若干客户机。由于传输流媒体占用的
13、带宽大、持续时间长，在这种模式下，一方面随着 客户数目的快速增加，由于服务器端可用的网络带宽有限，所以服务器带宽将成为系统瓶颈，限制了系 统的扩展性。另一方面，由于该模式无法保证流媒体应用的服务质量(Quality of service，简称 QOS)， 长距离数量众多的网络连接也可能导致流媒体传输过程中的延迟、抖动、带宽、丢包率等指标不确定， 甚至导致网络拥塞。为了提高系统的扩展性，保证用户的服务质量，许多研究者们提出了相应的解决办 法，如 IP 组播2，代理服务器(Proxy)3-5、CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)6-8等技术。 IP 组播：在 I
14、P 层为请求相同流媒体数据的用户建立组播组，形成组播树，避免了服务器通过多条 单对单链接向用户传输重复的数据，降低了服务器以及主干链接的负载，实现了 Internet 上高效的一对 多通信。然而，由于网络异构性以及很难实现可靠性组播和拥塞控制等，IP 组播技术难以大规模部署 并且没有得到广泛的应用。 代理服务器：这种方式是在用户域附近部署代理服务器，缓存短期内访问过的数据，以快速响应相 同的请求。这种方式服务器的负载和延迟被极大的改善，但代理服务器只能缓存部分内容，根本不能满 足用户的需求，而且，这种方法需要管理多个分布的代理，增加了系统的开销，不能够从根本上解决瓶 颈问题。 CDN：建立并覆
15、盖在互联网(Internet)之上、由分布在不同区域的节点服务器群组成的虚拟网络。这 种模式需要在网络边缘部署大量 CDN 服务器。这种方式可以减轻中心服务器负载，但由于需要很多设 施和带宽，投入成本较高，所以无法大规模使用。 为解决该问题，人们开始积极探寻新的方法，新的技术。其中，因为 P2P 技术能够提供较好的系 基于 P2P 的流媒体点播关键技术研究 2 统效率，并且不需要改动正在使用的网络结构，所以将 P2P 技术应用于流媒体系统成为了最佳选择。 P2P 网络的基本思想是充分利用因特网上分布在不同地理位置上的计算机的空闲资源， 采用分布式计算 模式来为因特网上的用户提供各种服务。这种模
16、式下，网络中的节点不依赖中心节点，而与边缘节点相 互连接，形成了节点之间自行组团，资源相互共享。这种模式的优点是极大的减轻了中心服务器负载， 并且节点越多，共享系统资源就会越多，系统运行效率就会更加有效，因此将 P2P 技术应运于流媒体 系统具有无限的扩展性。 1-2 国内外研究现状国内外研究现状 早在上世纪 90 年代，众多发达国家已经开始了对 VOD 技术的研究。其中，最具代表性的国家是 美国。1986 年，Bell South 公司做了两个重要的 VOD 实验。1993 年，在美国政府资助下，Bell Atlantic 公司在现有电话线上进行了电视视频拨号音的试验，并尝试将 MPEG-1 压缩的数据节目传送到 2000 个 用户的机顶盒，解码后传送给用户电视机9。同年 6 月，Nynex 公司为曼哈顿(Manhattan)居民提供了第 一套试验性 VOD 系统。次年底，在美国召开了关于 Time Warne 全业务网的新闻发布会。自此之后， 点播系统进入了蓬勃发展时
