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P2P流媒体分发与服务技术研究

李泽平  
【摘要】: 目前流媒体分发策略主要有两种:基于CDN(Content Delivery Network)和基于P2P(Peer to Peer)。当前CDN面临的最大挑战是系统的可扩展性差、部署和维护成本高。而基于P2P的流媒体分发技术,通过分布在P2P网络中的Peer节点相互间共享缓存的流媒体和带宽资源,能有效缓解流媒体服务器的压力,提高流媒体分发系统的可扩展性,降低部署成本,是一种具有广泛应用前景的流媒体分发方法。但基于P2P进行流媒体分发也存在许多待解决的关键问题,包括多发送端的最优选择问题、如何最优地为多发送端分配速率及数据等问题,这些挑战实际上也是应用P2P技术进行流媒体分发的关键问题。最近出现的融合P2P与CDN技术优势的混合分发结构(Hybrid Delivery Architectures, HDA)集P2P与CDN优点于一体,已成为学术界和工业界关注的热点问题。 本文重点研究了在P2P环境下多发送端的最优选择问题、最优地为多发送端分配速率及数据问题、提高流媒体分发系统的可扩展性以及关键流路由调整算法等问题,通过对相关技术的深入研究,提出了一些新的解决方法,主要工作有: 1.在多对单P2P流模式下,为最小化视频的传输时延,提出了一种新的分配算法。首先,应用排队论把最优速率分配问题模型化为非线性最优化问题,推导出求解最优化问题的速率分配公式。然后,基于公式提出最优速率分配算法(ORAA) ,并对ORAA输出解的最优性给出证明。最后,提出动态速率分配算法(DRAA)。DRAA对动态的网络环境具有自适应性,能根据网络条件的变化最优地为多个发送端进行速率和数据分配。仿真实验结果表明,DRAA算法能最小化视频从各发送端到请求节点的平均传输时延,算法的计算和通信开销低,比同类算法有更好的性能。 2.在多对单P2P流模式下,为降低聚合流带宽的平均丢包率,提出了一种新的多发送端选择和最优速率及数据分配算法(MSRDA)。首先把待解决的问题模型化为线性最优化问题,然后给出了求解最优化问题的算法。不同于已有的算法只按链路的丢包率来选择发送端,MSRDA根据到各发送端链路的丢包率与链路的可用带宽比升序排序来选择多发送端,并最优地分配发送速率和数据。理论分析和仿真实验结果说明,MSRDA能有效地减少聚合带宽的丢包率,对动态的网络环境有自适应性,优于现有同类算法。 3.提出一种基于排队论的关键流路由调整新算法(KFRA)。首先,应用排队论建立最优流分配模型,模型既给出最优流分配的计算方法,也给出路径的最优流分配与各路径最大可用带宽之间的关系。然后基于模型实现KFRA算法,其计算复杂度为O(nlogn),低于大部分路由调整算法。理论分析和仿真实验结果表明在不同的网络环境下,提出的算法能在保证时延的基础上对待调整的流进行全局最优分配,最小化流传输的端到端时延,提高了流传输的质量,与同类算法相比有更好的性能。 4.提出一种BitTorrent辅助的混合流媒体分发模型BTAHVDM。首先基于流体模型Fluid Model和微分方程稳定性理论提出了提高分发系统稳定性的调控机制;然后基于调控机制和信号博弈模型提出了系统提供弹性服务的方法;最后对模型的调控机制、提供弹性服务的方法、分组对降低跨组通信量的有效性进行仿真验证。


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