P2P流媒体服务方案及其关键技术研究

开销降低，可靠性提高，但会产生大量冗余报文。 多组播树结构 在多组播树结构中，将同一个节点放在不同分发 树的多个位置，以增强系统的可靠性，提高数据传输 的 效 率 和 质 量 ， 代 表 方 案 有 CoopNet[10] 和 SplitStream[11] 。 这 2 个方案中的源节点使用 MDC (Multiple Description Coding) 编 码 将 流 媒 体 文 件 分 成 多 个 子 流，每个子流沿其中一棵组播树进行分发。但两者的 区别在于：CoopNet 使用一个或一组中心服务器来构 建组播树， SplitStream 则使用 Pastry[12]和 Scribe[9] 协 议来构建组播树。在多组播树结构中，平衡了节点负 载，可靠性增强，但节点需要同时维护多棵组播树， 因此，控制开销增大，而且多路子流数据难以同步。 2.2 网状结构 在网状结构的构建中，每个节点随机地选择与其 他节点相连成为邻居节点且不存在父子关系，即构建 的覆盖网络为随机拓扑，因此，任何节点既可以接收 多个节点的数据，也可以向多个节点发送数据。 DONet[13]和 GridMedia[14]等是网状结构的典型代表。 以 DONet(Data-driven Overlay Network) 为例，每个节 点 之 间 通 过 SGAM(Scalable Gossip Member- ship Protocol) 协议周期性地与邻居节点交互 BM (Buffer Map)内容，获取数据的有效信息，然后根据某种调度 算法从若干邻居节点那里获得自身没有的数据，同时 也可发送自身拥有的数据给需要此数据的邻居节点。 由于构建网状结构随机且简单，因此具备很好的可扩 展性和高效性。基于 DONet 的 CoolStreaming[13]系统 作为原型而形成的商业产品已被应用于 Internet 中， 并证实其具有较好的 QoS 。 2.3 2.4 混合结构 2.4.1 树形 -网状混合结构 为了克服组播树和网状结构各自的缺点，文 献 [15-16] 提 出 了 基 于 树 形 - 网 状 混 合 覆 盖 网 络 的 结 构：大部分数据通过树来传递，在树中丢失的数据通 过网状网来传递。以 mTreeBone 为例，用稳定 (stable) 节点构建以源节点为根的组播树，所有节点 ( 包括稳 定和不稳定节点 ) 又组建成网状覆盖网络，组播树传 输数据起骨干作用，而网状网起辅助作用，以此提高 系统的可靠性，但区分稳定和非稳定节点是一个 难题。 CDN-P2P 混合结构 设计 CDN-P2P 混合结构是为了充分结合 P2P 和 CDN 各自的技术优势。从混合方式来看， CND-P2P 混合结构主要有 2 种：P2PoverCDN 和 CDNoverP2P 。 其中， P2PoverCDN 将 P2P 技术引入到 CDN 网络， 将 CDN Cache 设备以 P2P 方式组织， 实现 CDN Cache 2.4.2
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过充分利用网络上主机节点 (Peer 节点 )的空闲资源， 使 Peer 节点既是获取流媒体数据的客户端，也是提 供数据下载的服务器，这样可极大地减少流媒体源服 务器的压力，具有很好的扩展性和较高的性价比。因 此， P2P 流媒体技术已经成为 Internet 上流媒体应用 最常见的实现方案。 本 文根 据十年 来 的 P2P 流 媒体 服务方 案 ( 包 括 P2P 流媒体直播和点播 2 种服务 )的研究成果， 对 P2P 流媒体的关键技术进行分析和总结，并对未来可能的 研究方向提出一些看法。
第 39 卷 Vol.39
第1期 No.1
计 算 机 工 程 Computer Engineering
文章编号：1000—3428(2013)01—0125—06 文献标识码：A
2013 年 1 月 January 2013
中图分类号：TP393
・网络与通信・
P2P 流媒体服务方案及其关键技术研究
张明军，彭
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概述
近十年来，随着网络技术和多媒体技术的飞速发 展，向大规模用户提供流媒体服务是 Internet 中一项 极其重要的网络应用。因此，如何在 Internet 上有效 提供大规模的流媒体服务成为学术界和业界的研究 热 点之 一 [1] 。 大规 模流媒 体应 用主要 面临 服务质 量 (Quality of Service, QoS) 和可扩展性的问题。采用基 于 C/S(Client/Server)结构的 IP 单播技术， 不但无法保 证 QoS ，而且可扩展性较差；采用 IP 组播技术，实 现 复 杂 且 可 靠 性 不 足 ， 难 以 广 泛 部 署 ； 采 用 CDN (Content Delivery Network) 架 构 虽 能 保 证 较 好 的 QoS ，但其租赁费用和维护成本很高。 P2P 流媒体通
摘
娅，俞文静
(广州大学华软软件学院网络技术系，广州 510990) 要：根据近年来 P2P 流媒体服务方案的研究成果，归纳并总结 P2P 流媒体的关键技术，包括覆盖网络构建技术、数据
调度技术以及各种优化技术。由此可知，P2P 流媒体是一种性价比高、扩展性好的流媒体服务体系，并指出 P2P 流媒体可 进一步的研究方向为 P2P 流媒体的应用与测量、理论分析与建模、体系架构以及与视频编码、移动网络技术的结合等。 关键词：P2P 流媒体；覆盖网络；数据调度；激励机制；网络编码；服务质量
Baidu Nhomakorabea
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P2P 流媒体覆盖网络构建技术
P2P 流媒体覆盖网络的构建技术主要有 2 种：
基金项目：广州大学华软软件学院科研基金资助项目(200926) 作者简介：张明军(1980－)，男，讲师、硕士，主研方向：流媒体技术；彭 收稿日期：2011-09-13 修回日期：2011-11-14 娅、俞文静，讲师、硕士 E-mail：zh_mjun@163.com
Research on P2P Streaming Media Service Scheme and Its Key Technologies
ZHANG Ming-jun, PENG Ya, YU Wen-jing
(Department of Network Technique, South China Institute of Software Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510990, China) 【Abstract】According to the P2P streaming media researches in recent years, this paper summarizes the key of P2P streaming media, including the construction of overlay network technology, data scheduling technology and its various optimization techniques. P2P streaming media is a cost-effective and extensible system, and points out that the development direction to further research on the P2P streaming media application and survey, theoretical analysis and modeling, system architecture, combination with video coding and mobile network technology and so on. 【Key words】P2P streaming media; overlay network; data scheduling; incentive mechanism; network coding; Quality of Service (QoS) DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2013.01.027
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程
2013 年 1 月 15 日
(1)基于应用层组播技术； (2)基于支持分布式操作的通信协议 (如 Gossip 协 议 )。此外，还有各种结构或技术结合的混合结构。 单组播树结构 依据构建覆盖网络的方式，即构建控制拓扑和数 据拓扑的先后顺序，可将单组播树结构分为网优先 (mesh first) 、 树 优 先 (tree first) 和 隐 含 式 (implicit) 等 3 类。 2.1 2.1.1 网优先单组播树 在网优先组播方式中，组成员首先形成控制拓