【摘要】：基于對等網(wǎng)(P2P)技術(shù)的視頻流媒體系統(tǒng)以其較低的服務(wù)器開銷和良好的可擴展性被廣泛應(yīng)用。但由于在這類系統(tǒng)中普遍存在節(jié)點的資源及視頻播放位置的異構(gòu)性,使得節(jié)點負(fù)載不均衡的問題極易發(fā)生,進(jìn)而嚴(yán)重影響到節(jié)點的視頻播放質(zhì)量。該文重點研究面向節(jié)點負(fù)載均衡的節(jié)點帶寬請求分配策略,將服務(wù)請求節(jié)點競爭服務(wù)提供節(jié)點帶寬的行為建模為一個非協(xié)作博弈,通過尋求該博弈問題的Nash均衡解的方法確定優(yōu)化的帶寬請求分配(GBRA)策略。通過和典型的帶寬請求分配策略進(jìn)行實驗對比,數(shù)值結(jié)果表明該文提出的GBRA策略能有效改善P2P流媒體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點負(fù)載不均的問題并降低節(jié)點獲取所需視頻數(shù)據(jù)的平均延遲。
【圖文】：

員紉員礱髕?優(yōu)勢。本文在第2節(jié)描述基于非協(xié)作博弈的模型并求解該博弈問題的Nash均衡解，第3節(jié)給出一個基于博弈模型的分布式帶寬請求分配算法。第4節(jié)描述評估實驗及相關(guān)數(shù)值結(jié)果。2基于博弈模型的帶寬請求分配策略2.1網(wǎng)絡(luò)模型定義.1定義視頻流請求節(jié)點集合D和視頻流服務(wù)節(jié)點集合S。P2P流媒體網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點按當(dāng)前請求和提供視頻流的行為，從邏輯上分別屬于集合D和集合S。由于實際的P2P流媒體網(wǎng)絡(luò)中，一個節(jié)點在請求視頻流數(shù)據(jù)的同時也可能為其它節(jié)點提供視頻流服務(wù)，因此一個節(jié)點從邏輯上可以同時屬于集合D和S。圖1中，集合D中的某個節(jié)點Dj可以向集合S中的節(jié)點發(fā)出帶寬資源請求，且D2同時也是S8,D3圖1集合D中的節(jié)點向集合S中的節(jié)點請求帶寬資源同時也是S4。因為節(jié)點不能向自己請求服務(wù)，所以規(guī)定節(jié)點向自己請求的數(shù)據(jù)流為零。定義.2定義N(Dj)是能為節(jié)點Dj提供視頻服務(wù)的鄰居節(jié)點組成的集合，，()jNDíS。定義向節(jié)點Si請求視頻流的鄰居節(jié)點組成的集合為N(Si),()iNSíD。定義3某個節(jié)點Dj(Dj∈D)，為保證流暢的視頻播放從集合N(Dj)中的節(jié)點所獲取到的總帶寬應(yīng)等于視頻流速率r。定義jiv是節(jié)點Dj向Si(Si∈N(Dj))請求的帶寬資源占比，也即如果Dj向Si分配的帶寬請求值為rji，則/jijiv=rr。另外，()1,01ijjijiSNDvv=￡￡對于某個節(jié)點Si，其服務(wù)能力與其帶寬資源Oi成正比并與當(dāng)前該節(jié)點的負(fù)載成反比。隨著Si負(fù)載的提高，請求節(jié)點Dj從Si獲取到自己所需的視頻流數(shù)據(jù)的延遲也會增加�；谶@樣的分析，本文將任一服務(wù)節(jié)點Si視作一個M/M/1排隊系統(tǒng)。這表示Si收到來自于N(Si)中節(jié)點的視頻數(shù)據(jù)調(diào)度

1730電子與信息學(xué)報第35卷圖2偏離度g與節(jié)點獲取所需視頻圖3CP:SP=4:1時，視頻資源請求圖4CP:SP=1:1時，視頻資源請求數(shù)據(jù)的相對延遲時間的關(guān)系周期數(shù)與平均負(fù)載均衡率的關(guān)系周期數(shù)與平均負(fù)載均衡率的關(guān)系圖5CP:SP=1:4時，視頻資源請求圖6視頻資源請求周期數(shù)與節(jié)點獲取周期數(shù)與平均負(fù)載均衡率的關(guān)系所需視頻資源的相對延遲的關(guān)系GBRA，節(jié)點仍然可以通過不斷調(diào)整自己的帶寬資源請求策略最終達(dá)到74.8%的負(fù)載均衡率。另外，隨著CP:SP值的減小，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡率得以提高。例如：當(dāng)CP:SP=1:4時候(即資源飽和)，節(jié)點在第4個請求周期后就可以使得P2P流媒體網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)載均衡率幾乎達(dá)到100%。另外，本文發(fā)現(xiàn)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)資源越匱乏的時候，需要經(jīng)過更多的請求周期才能使P2P流媒體網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)載趨于穩(wěn)定。例如：當(dāng)CP:SP=4:1的時候，節(jié)點平均需要12個請求周期才能使網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)載趨穩(wěn)。而當(dāng)CP:SP=1:4的時候則在第4個請求周期以后就可以使得網(wǎng)絡(luò)的平均負(fù)載均衡率趨穩(wěn)。這主要是因為當(dāng)處于匱乏場景中多個節(jié)點競爭少量服務(wù)節(jié)點的帶寬資源(如：出現(xiàn)flashcrowds的時候)，從而使得提供服務(wù)的節(jié)點更容易過載。這進(jìn)一步導(dǎo)致請求節(jié)點不斷地微調(diào)自己的帶寬請求分配，因此增加了穩(wěn)定前的博弈次數(shù)。本文還比較了GBRA,PP和GP在相同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(N=3000,CP:SP=1:1)的多個請求周期中節(jié)點獲取到所需視頻數(shù)據(jù)的平均時延的變化。如圖6所示，隨著請求周期的增加(即博弈輪次的增加)，采用GBRA的系統(tǒng)中節(jié)點獲取所需視頻流的延遲不斷降低，到第10個請求周期后趨于穩(wěn)定。這是因為GBRA通過在每一個請求周期中不斷調(diào)整自己的帶寬請求策略減少了過載節(jié)點的出現(xiàn)，這有利于更多的節(jié)點在更短延遲內(nèi)獲得自己所需的數(shù)據(jù)。相比之下，PP策略的變化趨勢類似于GBRA，但節(jié)點獲取視頻?
【作者單位】： 電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國家級重點實驗室;重慶理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院;佐治亞理工學(xué)院計算科學(xué)學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金重點項目(60833002) 國家科技重大專項(2010ZX03003-003) 重慶教委科學(xué)研究項目(KJ120825)資助課題
【分類號】：TP393.02

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本文編號：2540838