基于应用层组播的流媒体直播系统的设计与实现Cernet2

• 2．新加入节点N首先向L发送Join报文，请求加入转发 树。L根据节点选择策略将N最优的父节点组B（N）＝ {C,D,E,F}发送给N。
• 3．节点N收到并发送Join报文给B（N）中“链路有效带 宽”最大的节点，其他节点作为备用节点。
• 4．若节点C度未满则发送Accept报文给N，加入过程结 束；若其他节点在N选择C为父节点前已成功成为其子节 点而导致节点C度满，C节点发送Refuse报文给N。
设计与实现Cernet2
➢ 缓存策略 2级缓存。第一级用队列，第二 级采用循环队列。
如图所示，根据调度策略采取 非顺序接收数据包，保存在一 级缓存里。一级缓存负责整个 系统中数据包的传输，包的调 度；将有序的数据包保存到自 己的二级缓存里，主要负责本 地播放。
➢ 缓存替换策略 一级缓存采用LRU替换策略，替换 固定时间内访问次数最少的媒 体块包。 二级缓存采用先进先出策略替换
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• 图二 缓存策略
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/11
基于应用层组播的流媒体直播系统的 设计与实现Cernet2
大匹配算法（考虑综合节点性能参数）从这N个节 点中选择M个节点发给新节点。
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普通节点设计
维护三个表:
➢ 子节点表：本节点的子节点（向其发送数据）信息（包括频道 ID和子节点IP）。
➢ 父节点表：本节点的父节点（从其接收数据）信息（包括频道 ID和子节点IP）。
• 打开程序连接YP,下载列表
• 点击频道，连接TC
有列表
节点根据列表选择父 节点进行通信， 获取资源信息
TC 根 据 选 择 算 法 返 回 列 表
无列表
•
连接
SN
SN间数据转发
节点根据父节点的资 源信息，调度 下载，连接父 节点
从父节点获得数据， 定期交换邻居 节点
•
否
下载速率或 连接 节点 小于 一定
➢ 邻居表：备用节点信息（未连接的节点，包括频道ID和子节点 IP，从这个表中选择通信节点）。
普通节点间交互： ➢ 邻居节点信息交互：节点与连接节点交互邻居表信息 。 ➢ 节点维护信息：包括节点的正常退出报文、保持响应报文
以及代理退出报文。
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节 点 加 入 流 程 图
➢ 该系统采用了两层架构，使整个系统具有较好的 扩展性；结合Scattercast的应用层网关思想， 部署多个数据代理服务器改善了域内扩展性与稳 定性。
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设计方案
• 模型设计采用两层架 构。域间采用应用层 组播技术构造转发树， 域内可灵活选用IP组 播或应用层组播技术。 节点采用集中控制方 式，分别部署一个转 发树节点管理服务器 （ListSrv）管理节 点。
关键技术与算法
节点异常退出
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系统性能测试及分析
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小结
➢ 本文设计并实现了一种应用层组播流媒体直播系统。 ➢ 该系统支持IPv4/IPv6；加入了节点管理功能，增强其可
控性；提出了结合最大链路带宽与最近网络拓扑策略的 节点选择算法和节点异常离开处理算法。 ➢ 通过实际运行测试，证明该系统有一定的应用价值，能 够提供较好的视频直播服务。
[3].Yeo C K,LeeB S,Er M H.A survey of application level multicast techniques[J].Computer Communications,2004,27(15):1547-1568.
[4].曹佳,鲁士文.应用层组播的最小延迟生成树算法[J].软件学报,2005, 16(10):1765-1772.
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现在阶段进展
基于P2树）->P2P（网状结构） 流媒体:TCP->RTP;调度等策略的加入
目的: 支持更大规模的流媒体直播,提高传输效
率,降低延时，作为平台深入研究
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每个域都配置一个Tracker，用来记录管理域内的节 点信息，为新加入的节点提供邻居节点信息。
1.Tracker维护的列表： • TList：保存域内正在播放的频道信息和对应的节
点信息（IP地址和节点性能参数）。 2.选择节点算法（为新节点选择下载信息）： • 先从TList中随机选择N个节点，然后根据IP地址最
• 上层部署一个WEB服务器，使用XML 保存频道ID和发布源IP，用于频道 发布。
• SN部署固定，为频道信息发布源。 当有新频道发布时，首先向web服 务器通知，web服务器使用XML保存 频道ID和发布源IP，其他SN节点定 时从web服务器更新获得频道列表 信息；SN节点与发布源节点相连接 获得流媒体信息。
• 普通节点（peer）只需MixCast 负责节点选择，上下游节点的 维护，节点失效后的重构以及 从父节点获得数据，缓存部分 流媒体数据并进行转发与本地 回放。
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转发树构造
关键技术与算法
➢ 应用层组播构造涉及组播树中节点加入、节点退出和 节点失效后的重构[3]。
➢ 当节点退出导致域内无节点连接某频道，SN为该频道缓存 一段时间。
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•
• ASF 格式
• 拆 包 • RTP 协 议 • 发送策
策略
封装
略
发
流
将数据包拆成小于MTU
• RTCP 数 据 包 分
送
（最大传输单元）的数
析
媒
据包，大小为1K左右， 拆分后的每个包头加上
• 收到子节点“拉”信 RTP/RT号CP时，发送子节点需
体
一个序列号，使成为传 输过程中唯一统一的序
•
IP
•
要的数据包 收到子节点
列号
RTP/RT“CP推”信号时，顺序
部
•
发送一级缓存中的数 据包
•
分 采用推拉相结合的策略， • 每个节点保存一个
调 度
Buffer Map，各节点定 • 策
时信息交换，更新
基于应用层组播的流媒体直播系统的 设计与实现Cernet2
参考文献
[1].林予松.大规模网络环境下的组播通信技术研究[D].解放军信息工程大 学,2005.
[2].El-Sayed A.Application-Level Multicast Transmission Techniques Over The Internet[D].INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE,2004.
–链路预留技术 –节点退出分为节点正常退出和节点异常退出。
• 正常退出之前，节点关闭当前运行的线程并释放所占资源， 同时向其父节点与所有子节点发送Leave报文；父节点收到 Leave报文后，更新所维护的节点的信息；子节点收到Leave 报文，根据链路预留技术选择新的父节点。
基于应用层组播的流媒体直播系统的 设计与实现Cernet2
[5].徐敏,李仁发,乐光学.可扩展的实时流媒体应用层组播系统设计[J].计 算机工程, 2006,32(20):218-220.
[6].王钊.基于Internet应用层组播在流媒体中的应用[J].微计算机应 用,2006, 27(1):49-51.
[7].陈庆吉.支持实时多媒体传输的应用层组播系统[J].计算机工程，2005, 31(4):136-140.
• 当有普通节点加入时，首先下载频 道列表信息，点击所需频道连接本 域内的SN节点得到父节点列表，从 父节点列表中再次选出合适的父节 点来获取数据信息。当节点退出时， 分别向父、子及SN节点发送消息报 文并更新各自列表信息，异常退出 时，通过心跳算法更新列表信息。
系统框架图
WEB发布服务器 超级结点(SN 普通结点
略
Buffer Map中信息。
• 接收设定一个最• 大缓存调度值M，in一值个。• 最缓 替小调存度值：发 送Max值、 • 策略二<级M循in环值队时• 列，策略中采：用当拉队的尾策序略• 号，换 略－查当策询前每播个放节的点序的号
Buffer Map，“拉”自己需要的数据包；
••
当图队一尾流序媒号体模－块当设前计播框放架的序号>Max值时，采用 推的策略基，于节应用点层被组播动的的流媒接体收直播数系据统的包
基于应用层组播的流媒 体直播系统的设计与实
现Cernet2
2020/11/11
基于应用层组播的流媒体直播系统的 设计与实现Cernet2
• 一、论文 • 二、近期工作
内容
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引言
➢ 随着互联网的发展，流媒体业务逐渐增多，其中 网络电视、网络教学等领域的视频直播服务具有 广阔的应用前景。
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设计方案
• 系统软件包括Windows Media Encoder、ListSrv和MixCast。
• Windows Media Encoder对流 媒体文件编码；
• ListSrv负责接受用户的加入请 求，监控整个系统的逻辑拓扑， 管理并存放节点的信息（节点 本机IP以及该节点的所有子节 点IP、度、标志位）；
SN间的交互 • 当有新的SN发布频道时，向SNList中的SN节点发送频道更新消
息。 • SN定期向SNList中的SN节点发送自己正在转发的频道信息。
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Tracker设计
Tracker维护一个节点列表，该列表保存域内频道节点记 录（频道ID和节点IP），为新节点加入提供服务。
➢ 转发树的构造在整个应用层组播视频直播系统中至关 重要，包括节点选择策略和节点加入算法。
➢ 节点选择策略： 基于最大链路带宽与最近网络拓扑节点选择相结合的
算法
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➢ 节点加入算法(图)
• 1．图1中，M为该域的MDP，L为该域的ListSrv，节点M 为初始化时的父节点。
Track er
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Super Node
SN节点管理：邻居SN列表(SNList)； SN相邻子节点列表(SNPList)；
动态设置算法：令频道数最大定为M，每个SN节点的转发能 力为N，SN中每个频道可转发数为N/M。频道数假设为A， 域内当前播放频道数为B，则动态设定每个频道可转发数 为（N-（A-B）N/M）/B；
• 5．若N收到Refuse报文，则选择一个备用节点发送Join 报文，回到3。若备用节点耗尽，则回到1。
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关键技术与算法
转发树重构
• 域内节点一般都是普通PC，节点意外失效或强行退出引 起的树的断裂会导致其可靠性较低，因此需要一个有效的 机制在节点退出后快速地重构转发树 [5-6]。
• 值是
• 从邻居表中选择节
点发起基新于的应通用信 层组播的流媒体直播系统的
设计与实现Cernet2
节点管理--节点的退出
➢ 正常退出：节点向其子节点、父节点、TC发送“leave” 报文，子节点、父节点、TC更新列表信息。
➢ 非正常退出：节点采用心跳算法对其子节点和父节点进行 判断，若指定时间内没有反应，则在节点列表中删除相应 节点记录。