P2P直播流媒體系統中的加權隨機數據塊選擇方法技術方案

本發明專利技術公開了一種P2P直播流媒體系統中的加權隨機數據塊選擇方法，實現對等網絡中端主機帶寬資源的高效利用。該方法的基本思想是：對等方在與其他對等方建立應用層連接之后，通過交互緩存映射表感知數據狀態；對等方給緩存空間中的數據塊分配權重，距離播放時間越遠的數據塊所獲得的權重越大；在選擇要下載的數據塊時，對等方根據各個數據塊的權重進行加權隨機選擇，并向已經擁有該數據塊的對等方集合中的一個對等方發送請求。本發明專利技術具有對等網絡資源利用率高、應對突發訪問能力強等優點。

【技術實現步驟摘要】
P2P直播流媒體系統中的加權隨機數據塊選擇方法
本專利技術涉及一種對基于P2P直播流媒體系統資源調度的方法，一種對對等網絡資源進行高效利用的方法，具體地說是一種P2P直播流媒體系統中的加權隨機數據塊選擇方法，加權隨機化數據塊選擇算法，即WeightedRandomizedChunkSelectionAlgorithm,WRCS，屬于網絡數據通信

技術介紹
基于因特網傳輸直播電視節目已經成為一種流行的多媒體服務。為了取得更好的性能，服務提供商在直播多媒體流系統中使用了內容分發網(ContentDeliveryNetwork,CDN)和P2P(Peer-to-Peer)技術。特別是，P2P技術根據應用層的連接關系將用戶構建為一個覆蓋網絡，進行了一定程度的組織和管理，從而能夠利用了這些用戶的帶寬資源和數據資源，極大地降低了服務器所承擔的數據上傳負載。當前在因特網中大規模部署的直播多媒體流系統，如Coolstreaming[1]、PPLive[2]等，都采用了P2P技術。從技術上看，P2P技術能夠為服務器分擔大量數據傳輸任務的前提是對等網絡中存在足夠多的對等方感興趣的內容資源。為此，對等方通過向對等方發送連接請求，建立鄰居關系，從而能從對等方而不是從服務器得到所需的內容。一般而言，對等方之間數據的差異性越大，對等方之間彼此感興趣數據塊的數量越多，從P2P網絡并行下載的潛力也就越大。例如，Cohen首次提出并成功地運用于BitTorrent中的最稀優先(rarestfirst,RF)算法[3]，促進了稀缺資源在對等方之間的擴散，有效增加了對等方之間數據塊的差異，加快了內容分發的速度。盡管基于P2P的直播流系統的數據塊分發方式與BitTorrent有相似之處，但由于直播流數據塊對時延敏感，所有數據塊都必須在被播放之前到達對等方處，導致兩者在數據塊分發方式上存在著實質性差異，簡單地照搬現有的相關算法將導致直播流系統的效率低下。因為一旦某個數據塊出現超時，直播流對等方只能丟棄數據塊轉而播放后續的視頻數據，降低了用戶收看節目的體驗質量。直播流的實時性使新產生的數據塊最為稀缺，從而導致對等方都會集中優先請求新產生的數據塊，無法顧及數據塊播放的緊迫程度，導致丟包率增加。然而，如果僅根據數據塊的播放期限來選擇數據塊，又會降低對等方之間數據塊差異，無法發揮P2P機制應有的作用。此外，突發訪問是直播流系統中需要解決的一個重要問題。當某些熱門節目開始播放的時候，會有大量用戶在非常短的時間內訪問該頻道。如果系統不能很好處理這些用戶的數據塊請求，將會出現嚴重的性能問題。為此，通過設計合理的數據塊選擇算法對于提高對等網絡資源的利用率，改善用戶體驗質量具有非常重要的作用。參考文獻[1]X.Zhang,J.Liu,B.Li,etal.Coolstreaming/DONet:adata-drivenoverlaynetworkforefficientlivemediastreaming.IEEEINFOCOM,Miami,USA,2005:2102-2111.[2]PPLive.http://www.pptv.com.[3]B.Cohen.IncentivesbuildrobustnessinBitTorrent[C].InWorkshoponEconomicsofPeer-to-PeerSystems,Berkeley,CA,USA,June2003。
技術實現思路
專利技術目的：針對目前基于P2P直播流媒體系統中的數據塊選擇算法難以高效利用對等網絡資源問題，提出一種以提高端系統帶寬利用，改善系統服務質量為目標的數據塊選擇方法。技術方案：一種P2P直播流媒體系統中的加權隨機數據塊選擇方法，著重描述了對等方在選擇要請求的數據塊時所采用的方法，該方法包括以下步驟：A.對等方對視頻數據緩存空間大小進行初始化設置，并根據各個數據塊存儲區距離流媒體播放器的距離設置權重大小，其中距離播放器第i個數據塊分配的權重為i，之后建立三個數據塊集合，其中RequestSet集合表明目前已請求但尚未得到的數據塊，DerivedSet集合表明已經得到的數據塊集合，WaitSet集合表明尚未請求的數據塊，并將緩存中所有數據塊加入到WaitSet集合中，而其他兩個集合置為空，然后轉入步驟B；B.對等方與部分同時收看直播節目的其他對等方建立應用層連接，并定期交互緩存數據信息以感知當前對等網絡中數據狀態，然后轉入步驟C；C.對等方在每次經歷一個視頻數據塊播放完成時間之后，將該被播放的數據塊從集合RequestSet、DerivedSet或WaitSet中清除，并將新產生的數據塊添加到集合WaitSet當中，然后更新WaitSet當中各個數據塊的權重，并轉入步驟D；D.對等方計算WaitSet集合中所有數據塊總權重W（總權重為各個數據塊的權重之和），然后得到WaitSet集合當中各個數據塊被請求的概率為w/W，其中w為數據塊所分配的權重，并轉入步驟E；E.對等方通過產生[0,1)之間的隨機數確定要請求的數據塊，并從已擁有該數據塊的其他對等方集合當中隨機選擇一個，然后向該對等方發送請求，并將該數據塊從集合WaitSet轉移到RequestSet，并轉入步驟F；F.一旦對等方在1秒鐘之內仍未收到該數據塊，重新選擇另一個對等方，并向其發送數據塊請求，而如果對等方接收到該數據塊，就將該數據塊從集合RequestSet轉移到DerivedSet。本專利技術相對現有技術具有以下優點：1.能高效利用對等網絡資源：本專利技術提出的WRCS方法能夠通過在對等方之間進行負載均衡，從而充分利用對等網絡的閑散資源，達到直播流媒體系統服務質量的提升。2.應對突發訪問的能力強：WRCS方法能夠通過將一些突發的稀缺數據塊請求丟棄，從而達到隱式的訪問控制，增強了直播流媒體系統應對突發訪問的能力，同時也間接提高對等網絡數據的差異性，以有利于對等網絡資源的利用。附圖說明圖1為本專利技術實施例運行的網絡環境；圖2為本專利技術實施例對等方進行數據塊選擇處理的流程圖。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡明本專利技術，應理解這些實施例僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的范圍，在閱讀了本專利技術之后，本領域技術人員對本專利技術的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。首先需要給出本專利技術提供的直播流媒體系統資源調度方法所需要的環境，如圖1所示：在若干臺Intel-Linux架構的PC機上安裝并運行具有本專利技術WRCS數據塊選擇方法的軟件，同時在另外一臺Intel-Linux架構的PC機上安裝并運行定期產生新數據塊的流媒體服務器，將這些PC機的100/1000Mbps以太網卡連接到接入因特網的局域網交換機上，使之與因特網上的其他PC機之間能夠相互進行通信。運行本專利技術提供的基于P2P直播流媒體系統數據塊選擇方法的PC機系統配置如下：在Intel-Linux架構的PC機上安裝并運行基于本專利技術的WRCS軟件，PC機的100/1000Mbps以太網卡與網絡交換機相連。這些PC機硬件的主頻4.0GHz及以上的Core雙核CPU的PC機，內存≥2GB，硬盤120GB，運行RedHat6.1操作系統。圖2給出了本專利技術基于WRCS方法的對本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種P2P直播流媒體系統中的加權隨機數據塊選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：A.對等方對視頻數據緩存空間大小進行初始化設置，設置各個數據塊的權重大小，之后建立三個數據塊集合，然后轉入步驟B；B.對等方與其他對等方建立應用層連接，并定期交互緩存數據信息以感知當前對等網絡中數據狀態，然后轉入步驟C；C.對等方在每次經歷一個視頻數據塊播放完成時間之后，然后更新WaitSet集合中各個數據塊的權重，并轉入步驟D；D.對等方計算WaitSet集合中所有數據塊總權重，然后得到WaitSet集合當中各個數據塊被請求的概率，并轉入步驟E；E.確定要請求的數據塊，并從已擁有該數據塊的其他對等方集合當中隨機選擇一個，然后向該對等方發送請求，并將該數據塊從集合WaitSet轉移到RequestSet，并轉入步驟F；F.一旦對等方在規定的時間之內仍未收到該數據塊，重新選擇另一個對等方，并向其發送數據塊請求，而如果對等方接收到該數據塊，就將該數據塊從集合RequestSet轉移到DerivedSet。

【技術特征摘要】
1.一種P2P直播流媒體系統中的加權隨機數據塊選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：A.對等方對視頻數據緩存空間大小進行初始化設置，設置各個數據塊的權重大小，之后建立三個數據塊集合，然后轉入步驟B；三個數據塊集合分別為RequestSet集合、DerivedSet集合和WaitSet集合，其中RequestSet集合表明目前已請求但尚未得到的數據塊，DerivedSet集合表明已經得到的數據塊集合，WaitSet集合表明尚未請求的數據塊，初始化設置時，將緩存中所有數據塊加入到WaitSet集合中，而其他兩個集合置為空；B.對等方與其他對等方建立應用層連接，并定期交互緩存數據信息以感知當前對等網絡中數據狀態，然后轉入步驟C；C.對等方在每次經歷一個視頻數據塊播放完成時間之后，然后更新WaitSet集合中各個數據塊的權重，并轉入步驟D；D.對等方計算WaitSet集合中所有數據塊總權重，然后得到Wa...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡超，陳鳴，邢長友，李兵，余沛毅，
申請(專利權)人：中國人民解放軍理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32