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可控P2P流媒体分发关键技术研究

郑伟平  
【摘要】:近年来,P2P凭借可扩展性、低成本、易部署等优势,迅速成为流媒体应用的主要分发手段。本文在全面分析和总结流媒体分发研究现状的基础上,以可控环境下P2P流媒体分发为切入点,对该环境下流媒体分发的几个关键技术进行研究,提出了相关的新算法和新机制,并通过仿真进行性能验证,取得了若干成果和结论。本论文的主要创新和贡献包括: (1)研究流媒体分发的体系结构演化路线,提出了可控P2P的概念。揭示了流媒体分发技术的演变路线,扼要介绍各种流媒体分发体系结构的关键技术和研究现状。在总结一类新兴的流媒体分发系统的基础上,提出了“可控P2P”的概念。可控P2P是可控网络的对等分发技术。所谓可控网络是指网络运营商可控制设备(例如机顶盒、家庭网关)参与P2P计算的网络环境。从本质上来看,可控P2P将应用层组播能力从普通用户节点拓展到网络边缘设备上,这有助于克服P2P技术的扰动缺陷,并带来了众多的优秀特性。利用可控P2P的优势来提升流媒体分发性能是一个有价值的研究课题。 (2)在可控P2P框架下,提出了一个帮手节点协助的P2P流媒体利他协作方案,对节点组织、邻居发现、数据调度等多方面问题和算法进行研究。与现有方案相比,提出的利他协作机制不需对流媒体数据进行额外编码,与目前流行的数据驱动模式兼容,可以很容易地融合进已有的分发框架。实验表明,该机制能够减轻流媒体服务器的访问压力,提高节点播放的流畅程度,具有可扩充、可靠、透明等特点。 (3)提出了基于全局和局部供求模式的流媒体数据缓存替换模型。该模型提出全局供求模式和局部供求模式的概念,并引入分布式一致性算法作为供求模式的求解手段。在评估数据供应能力时充分考虑对等节点的带宽异构性和服务竞争因素,能更准确地反映实际供应能力。模型在区域网络内部使用基于局部供求模式的缓存替换算法,在缓存服务节点上结合全局和局部供求模式进行缓存放置和替换。实验结果表明,在较大节点规模的情况下,该缓存替换机制能够提高区域内部数据共享效率,减少区域间数据流量,减轻流媒体服务器负荷。 (4)研究流媒体文件内部流行度模型。在分析真实系统日志文件的基础上,提出了“双指数型”流媒体内部流行度模型,拟合结果表明,该模型能够更为准确地预测内部流行度,优于目前其它文献提出的指数模型、Zipf模型以及广延指数模型等。 (5)提出了可控P2P环境下的树型代理透明服务模型,并研究该模型的数据复本放置问题。实例分析发现,前缀放置在树型拓扑下难以达到最优的放置效果。在双指数内部流行度模型的支持下,以数据段为放置粒度,提出了树型拓扑上考虑代理存储容量和服务吞吐量特性的非定长、非连续复本放置模型,并基于贪婪策略给出了HGPA和GGPA放置算法。仿真实验表明,本文提出的放置算法能够提高数据访问命中率,有效减少数据访问成本。在树型拓扑下,非连续放置算法优于前缀放置算法。


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