【摘要】：隨著網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展,基于C/S(客戶端/服務(wù)器)模式的傳統(tǒng)流媒體系統(tǒng)呈現(xiàn)出以下問題：系統(tǒng)的可擴展性差、可靠性低以及服務(wù)器存在帶寬瓶頸。而基于內(nèi)容分布化思想的P2P流媒體系統(tǒng),由于充分利用了節(jié)點的帶寬和存儲資源,因而具有良好的可擴展性和較低的服務(wù)器帶寬。但P2P流媒體系統(tǒng)也存在著許多亟待解決的問題：在服務(wù)器端,包括如何進(jìn)一步地降低服務(wù)器的帶寬消耗,如何優(yōu)化系統(tǒng)的協(xié)議設(shè)計；在客戶端,包括如何支持大量高清VBR(動態(tài)碼率)視頻的流暢播放；如何根據(jù)用戶的觀看行為來合理規(guī)劃系統(tǒng)資源以及如何優(yōu)化系統(tǒng)在移動環(huán)境下的應(yīng)用。針對上述問題,本文進(jìn)行了大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)測量和深入的理論分析,主要研究成果如下： (1)現(xiàn)有的基于節(jié)點P2P下載速率的狀態(tài)轉(zhuǎn)換策略存在著播放連續(xù)性較差,服務(wù)器帶寬消耗較高且易受P2P速率波動影響的問題。針對這一問題,本文設(shè)計了一種基于本地存儲量的狀態(tài)轉(zhuǎn)換機制,并利用布朗運動過程對其建立模型,得到了服務(wù)器帶寬節(jié)省比率與播放碼率、下載速率的關(guān)系表達(dá)式。理論分析、數(shù)值評估和實測比較都表明：新的機制能克服P2P下載速率的抖動對服務(wù)器帶寬節(jié)省比率的影響,有效地降低服務(wù)器的帶寬消耗并提高播放連續(xù)性。由該理論模型可得,系統(tǒng)的服務(wù)器帶寬節(jié)省比率主要和播放碼率與HTTP下載速率的比值有關(guān),這為進(jìn)一步地降低系統(tǒng)的服務(wù)器帶寬消耗提供了重要的理論參考。 (2)針對高碼率VBR視頻的大量上線使得系統(tǒng)的整體播放質(zhì)量受到影響的問題,本文利用理論模型建立了節(jié)點的下載速率、視頻碼率和播放流暢度之間的關(guān)系表達(dá)式,并指出：增加節(jié)點的初始預(yù)取量能提高節(jié)點的播放流暢度。進(jìn)一步地,本文對比分析了VBR與CBR(固定碼率)視頻,以及高碼率與低碼率視頻的播放性能和對網(wǎng)絡(luò)共享環(huán)境的要求,從理論上說明了不同類型視頻的各參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系,并指出：由于視頻碼率的動態(tài)性,為了達(dá)到與同平均碼率的CBR視頻相同的播放流暢度,VBR視頻需要更多的下載帶寬。這將為系統(tǒng)控制高碼率VBR視頻的上線數(shù)量,并優(yōu)化系統(tǒng)性能提供理論參考。 (3)把握當(dāng)前正在使用的大規(guī)模P2P流媒體系統(tǒng)的協(xié)議機制是改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)。PPLive和PPStream是國內(nèi)規(guī)模最大的兩個P2P流媒體系統(tǒng),前者的協(xié)議機制已得到充分研究,而后者的協(xié)議機制缺乏公開性。針對這一問題,本文通過網(wǎng)絡(luò)測量破解了PPStream直播系統(tǒng)的緩存結(jié)構(gòu)和共享機制,發(fā)現(xiàn)：PPStream具有跳躍的共享窗口。進(jìn)一步地,本文利用“窗口跳躍模型”分析了PPStream直播系統(tǒng)的緩存結(jié)構(gòu)和共享機制對節(jié)點間的互惠關(guān)系的影響,并與PPLive的協(xié)議機制進(jìn)行了深入比較,指出：與PPLive系統(tǒng)滑動的共享窗口不同,PPStream跳躍的共享窗口機制有效地限制了節(jié)點因為過度預(yù)取視頻塊而搶占其他節(jié)點的帶寬資源的行為,穩(wěn)定了節(jié)點的播放質(zhì)量。這些研究為進(jìn)一步優(yōu)化P2P流媒體系統(tǒng)的協(xié)議以及采用新的激勵機制來提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量提供了參考。 (4)在P2P流媒體系統(tǒng)中,用戶作為服務(wù)的享受者和提供者,其觀看行為直接影響著系統(tǒng)性能。已有的用戶行為研究大多基于采用IP組播的IPTV系統(tǒng),而較少關(guān)注P2P流媒體系統(tǒng)。針對這一問題,本文利用實測數(shù)據(jù)分析了在不同類型頻道中用戶的到達(dá)離開行為以及在同一頻道內(nèi)用戶持續(xù)觀看節(jié)目的行為,發(fā)現(xiàn)：(A)由于受到用戶的作息規(guī)律和節(jié)目類型特點的影響,不同頻道中用戶的到達(dá)和離開行為呈現(xiàn)出不同的特征；(B)用戶在到達(dá)某個節(jié)目后的前2—3分鐘內(nèi)相當(dāng)活躍,一旦用戶駐留節(jié)目的時間超過10分鐘,則會均勻離開；同時,用戶連續(xù)觀看兩個相鄰節(jié)目的行為是無記憶的,其很大程度上受到節(jié)目編排的影響。這些分析對系統(tǒng)資源的合理規(guī)劃以及廣告的理性插入具有重要的參考意義。 (5)隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展,用戶對移動流媒體服務(wù)的需求越來越強烈。然而,現(xiàn)有的P2P流媒體系統(tǒng)大都基于固定互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計,其對終端移動性的支持程度尚不可知。針對這一問題,本文研究了終端的移動性對P2P流媒體系統(tǒng)參數(shù)的影響。本文通過周期地改變局域網(wǎng)內(nèi)節(jié)點的IP地址來構(gòu)造一個虛擬的移動環(huán)境,并從移動節(jié)點(Mobile Peer-MP)的服務(wù)中斷時間(MP在服務(wù)中斷時間內(nèi)與其他節(jié)點之間沒有數(shù)據(jù)交互)、鄰居拓?fù)渥兓约安シ胚M(jìn)度三個方面對比分析了“移動性”對兩種P2P流媒體系統(tǒng)造成的影響。這些測量分析結(jié)果為移動P2P流媒體系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化打下了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP393.02;TN919.8

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本文編號：2562740