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1、华中科技大学 硕士学位论文 多源P2P流媒体传输调度算法研究 姓名：李红艳 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：胡迎松 20070602 华中科技大学硕士学位论文 I 摘 要 P2P流媒体系统根据发送节点的数量可以分为两种类型：单源(single source)的 P2P流媒体和多源(multi- source)的P2P流媒体。实际上，单个节点没有能力或者根本 不愿意提供足够大的上行带宽资源以维持接收端的播放。多源交互模式能够为接收 端提供更高的聚合带宽和更好的播放质量。PROMISE系统可谓是多源P2P流媒体应 用的典型代表。 多源P2P流媒体传输调度策略主要包含以下2个方面
2、：(1)从候选节点集中，选择 活动发送节点集；(2)在各个活动发送节点之间协调的发送数据包。针对PROMISE系 统稳定性和缩短启动延迟问题进行研究， 设计了一套更加完善的多源P2P流媒体传输 调度算法IPROMISE。对于活动发送节点集选择方面，IPROMISE在PROMISE拓扑感 知技术基础上，给出了基于缓冲区填充进度、节点积分等级和网络拥塞程度的速率 自适应调整的活动发送节点选择算法。该算法充分重视缓冲区的调节作用和对网络 环境的适应能力，也融入了激励机制以鼓励节点尽其所能贡献资源。对于数据包分 配问题，IPROMISE在启动播放时试图使数据包按照包序号到达接收端，以确保最小 化启动延
3、迟。 IPROMISE可以通过总接收速率调整机制自适应网络环境的变化， 使它可以在不 太稳定的环境中仍然有比较稳定的性能。模拟实验结果表明，在已建立网络拓扑结 构的前提下，相对PROMISE系统而言，IPROMISE可以较大缩短了启动延迟、能更 好的保障播放质量的稳定性。 关键词：P2P 流媒体，节点选择，速率调整，数据包分配 华中科技大学硕士学位论文 II Abstract Based on quantity of sending peers, P2P media streaming can be classified into two categories: single source p
4、eer- to- peer media streaming and multi- source peer- to- peer media streaming. In fact, a single serving peer may not be able or willing to contribute an upload bandwidth enough for the media playback at the receiver. This multipoint- to- point communication can provide a higher overall throughput
5、to the receiver, hence resulting in a higher quality. PROMISE system is a typical representative of multi- source peer- to- peer media streaming. Transmission and schedule strategies on multi- source peer- to- peer media streaming mainly include the following two aspects: (1) selecting active sendin
6、g peers from the candidate set; (2) scheduling data packets to receiver by all active sending peers cooperatively. To aim at research of stability improvement and latency shortening in PROMISE system, more perfect transmission and schedule algorithms of multi- source peer- to- peer media streaming a
7、re designed, named IPROMISE. For the aspect of active sending peers selection, based on technology of topology- aware selection in PROMISE, IPROMISE gives the algorithm of active sending peers selection by adaptive rate adjustment mechanism based on occupied state of receiver peer s buffer, degree o
8、f receiver peer s score and level of network congestion. The algorithm sufficiently pays attention to adjustment role of buffer and adaptive capability to network environment, and adopt stimulation mechanism to urge peers to contribute their resources. As for the aspect of data packets assignment, p
9、olicy adopted in IPROMISE is to try to make data packets arrive according to packet sequence number at the stage of start playback, to make sure start latency minimized. IPROMISE can adjust aggregated bandwidth to adapt itself environment variation, so that it can provide stability of playback quali
10、ty even though network environment isn t stable. Simulations show, on the assumption that network topology is built, compared with PROMISE, IPROMISE can greatly shorten start delay, and better guarantee stability of playback quality. Key words: P2P media Streaming, Peer Selection, Rate Adjustment, D
11、ata assignment 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据
12、库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华中科技大学硕士学位论文 1 1 绪 论 随着多媒体编解码技术、网络结构和信息传输技术研究的不断进步，近几年来 流媒体技术得到了突飞猛进地发展，使得网络用户享受到了流媒体技术所带来的种 种便利。在这期间，为了提供更快捷和高效的流媒体服务，人们将注意力集中到了 具有极大发展空间的流媒体传输技术研究领域。 1.1 课题背景 为了提供快捷高效的流传输服务，人们探讨了各种
13、流媒体传输技术：由客户端- 服务器模式到针对服务器提出的各种流处理技术、IP 组播技术、CDN 内容分发网络 技术和 P2P 对等网络技术。下面将对以上传输技术进行简要分析，进而提出本论文 的研究内容和意义。 传统的客户端- 服务器 C/S 模式是服务器以单播的方式和每个客户建立连接并进 行传输。在 C/S 模式下，提供持续的视频媒体流服务是一项极具挑战性的任务，主 要原因在于服务器同时以单播的方式给多用户实时传送大量的视频数据需要极大的 网络带宽和服务带宽。调查显示为了提供近似 DVD质量的视频流，所需要的带宽至 少需要 500kbps，即使是一般的视频质量也需要 350kbps1。如果采用
14、 C/S 模式为广 大用户提供各种视频节目的良好播放效果，系统规模随着客户数目的快速增加而扩 大，服务器的资源如带宽很快就会被消耗完，成为系统瓶颈所在。在这种模式下传 输视频流服务其费用是相当的高，而且可扩展性差。针对服务器提出的批处理技术、 补丁流技术、周期性广播以及流合并、流搭载等技术虽然在降低服务器的带宽需求 和客户等待时间方面取得了不错的效果，但仅仅在一定程度上缓解了服务器的压力。 CDN（Content Delivery Network）内容发布网络2，是一个建立并覆盖在互联网 之上，且由分布在不同区域的节点服务器集群组成的虚拟网络。CDN 的基本思路是 通过分布在各个边缘的代理服务
15、器更快更稳的传输数据给用户。通过各个边缘代理 服务器在现有互联网基础之上所构成的智能虚拟覆盖网络，CDN 能够实时的根据网 络流量和各节点的连接负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的 请求重新导向离用户最近的服务器上。通过 CDN 系统，请求响应时间大大缩短，视 频流的播放质量大大提高3。然而 CDN 系统的部署成本太高，且由于随着用户数量 的变化和用户范围的扩大，如何合理的部署边缘代理服务器也是一个难题。 IP组播是一种允许一个或多个发送者发送单一的数据包到多个接收者的网络技 华中科技大学硕士学位论文 2 术。它是标准I P 网络层协议技术的一个扩展。其基本思路是组播源把数据包
16、发送到 特定组播组，而只有属于该组播组地址的用户才能接收到相应的数据包。通过IP组 播技术，无论有多少个目标地址，整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。 流媒体应用中，IP组播技术能够有效的节省网络带宽，然而IP组播技术有着其自身的 问题4- 5。虽然研究人员对I P 组播技术做了很多研究，然而在实际的部署中，IP组播 技术仍然存在一些很重要的关键问题。主要包括: 网络协议的复杂性、网络和终端系 统的异构性、组播的可靠性。这些原因导致了IP组播无法广泛应用。 正是以上传统的流媒体传输系统存在的各种先天不足激发了人们对基于 P2P 流 媒体传输系统的研究。在 P2P 方式下6- 7，每个对等节点既是服务的提供者，又是服 务的享用者。节点为系统提供自身有限的计算或存储资
