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流媒体直播服务已成为互联网最重要的应用之一,然而,无论是基于客户端/服务器模式的传统流媒体技术,还是以IP组播与内容分发网络为代表的新兴流媒体技术,都已经越来越难以满足飞速增长的用户需求。对等网络凭借其优异的可扩展性以及低成本、易部署的优势,为流媒体直播服务提供了一个新的发展方向。
本文重点研究基于对等网络的流媒体直播系统的三个关键技术:节点组织方法、数据调度策略以及频道间协作策略,主要贡献与创新工作如下:
1.提出了一种结合索引服务器与DHT技术的I-DHT协议,并通过其构建应用层覆盖网。通过索引服务器的查询功能,实现节点的并发加入与就近路由,从而提高节点的加入速度与路由速度;
2.提出了一种结合P2P技术与IP组播的节点组织方法。一方面,通过I-DHT协议构建应用层覆盖网;另一方面,利用IP组播组织组播域内的节点并分发媒体数据。通过结合P2P技术与IP组播,不仅能够充分利用节点的网络资源,减轻数据源服务器与骨干网的负载,提高系统的可扩展性,而且能够有效提高视频流的服务质量;
3.采用基于推模式的数据调度策略建立数据传输模型,通过理论分析得到系统传输延迟的递推关系式,并计算系统传输延迟与数据源带宽消耗的关系。由于同时考虑了系统直径与单跳延迟的影响,故能够获得更为准确的结果。计算结果给出了特定条件下系统传输延迟的下限,对应用层覆盖网及数据调度策略的设计具有重要的指导意义;
4.提出了推拉结合的启发式数据调度策略与服务调度策略。在数据调度策略中,基于多级反馈队列对合作节点的服务能力进行评估,并按照评估结果调整调度量,同时,根据数据片段的状态选用拉模式或推模式;在服务凋度策略中,优先保证请求节点已获得的服务能力,并将剩余的服务能力公平地分配给各个请求节点。这些策略能够在保证视频流畅播放的前提下,充分利用节点的网络资源,有效降低系统传输延迟。仿真结果表明,与基于拉模式的数据调度策略相比,这些策略能够将系统传输延迟降低一个数量级;
5.提出了一种基于服务能力的合作节点选择策略。在该策略中,通过选择合适的合作节点,动态调整应用层覆盖网的结构,使得服务能力越强的节点距离数据源服务器越近,从而降低系统传输延迟。仿真结果表明,该策略能够将系统传输延迟降低30%;
6.提出了一种频道间协作策略。在该策略中,节点通过局部判断算法确定频道状态,如果处于冷播状态,则通过gossip方式寻找具有富余服务能力的热播节点;而对于具有富余服务能力的热播节点,则通过gossip方式主动寻找需要帮助的频道。通过频道间协作,能够充分利用节点的网络资源,从而均衡各个频道的服务能力,提高系统的可扩展性。