李振华

指导教师：陈贵海 教授

南京大学计算机科学与技术系

提纲

P2P 流媒体系统• P2P 研究的重要子领域• 典型系统 Skype

UUCallPPLivePPStream新浪 UUSee……

• 激烈竞争

研究意义• 2008年 1月 17 日中国互联网发展状况统计报告 中国内地网民观看网络视频的几种主要方式中，通过

P2P 流媒体下载软件的比率达到 29.91% ，接近三分之一！

• 学术界 SIGCOMM’07 ：微软研究院（华人 1、 2 作）

SIGCOMM’08： PPLive 公司 + 香港中文大学（华人 all ）Rank1： INFOCOM、 ICNP、 ICDCS、……Rank2： IPDPS、 ICPP、 NOSSDAV、……

概念• 功能分类：

实时播放（ Live Streaming ）点播（ VoD， Video on Demand ）

• 工作方式分类：

树状多播 网状多播（基于 Gossip协议）

Source

XSource

X

比较• 网状多播已成为 P2P 流媒体的主流

基于树状多播的 P2P流媒体系统 基于 Gossip协议的 P2P流媒体系统

拓扑结构 树状 网状，无固定形状邻居数目 子结点数，或子结点数 +1 不确定，通常有一上限传播方式 父节点传播给其子结点 邻居间按需传播容错性 单点失效，容错性低 灵活健壮，容错性高多余数据 无 有带宽利用 利用率低 利用率高适用环境 静态或低动态网络 高动态网络系统规模 中、小规模 大规模发展情况 逐渐被淘汰 领域主流

P2P 流媒体系统的属性

关键属性• 选取依据

1 、直接影响用户体验， 2 、或对系统性能至关重要，3 、可优化空间大， 4 、优化涉及到的人为因素少

• 关键属性播放连续度、启动时延、源切换时延、系统容错性、可扩展性。

本文的工作

背景与动机• Gossip 多播的固有缺陷：随机性、不确定性• 前人工作多从优化数据调度算法着手• 光优化数据调度算法是不够的！

I want data d urgently!

We do not have data d L

I want data d urgently!

I used to have d but ...L

I want data d urgently!

I have d but no enough bandwidth ... L

我们的工作

ContinuStreaming 系统架构

P2P Overlay Manager

Data Scheduler

Rate ControllerBuffer

VoD Data Backup

Display

数据预取：紧迫界限机制• 动态预测• 自适应调整

Urgent Line

Buffer

Missed data segments

性能评价• 播放连续度从 80% 左右提升到 95% 左右

（左图），额外开销低于 4% （右图）。

100 500 1000 2000 4000 80000.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Total number of overlay nodes

Pla

yba

ck C

on

tinu

ity

CoolStreaming

ContinuStreaming

100 500 1000 2000 4000 80000

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

Total number of overlay nodes

Pre

-fe

tch

ove

rhe

ad

Static environment

Dynamic environment

背景• 多个媒体发布源，串行工作

S1

S2

S1

S2

S1

S2

(a) S1 streaming (b) The switch phase from S1 to S2

(c) S2 streaming

-- Data segments from the old source: S1

-- Data segments from the new source: S2

动机• 同样的带宽，不同的源切换算法，源切换

时间不同1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7

1 6 7 2 8 9 3

Available data segments of S1

Available data segments of S2

Fast switch algorithm

Normal switch algorithm

我们的工作

过程建模Q1

Q2

Qs

S1

S2

T2

T1 T1'

the end of S1

playQ

finish the playback of S1

start the playback of S2

play

play

'

'

12

2

22

11

1

11

21

TT

I

QT

p

QTT

I

QT

III

优化目标：最小化 T2

快速源切换算法N1

o1

N2

o2

N3

o3

N4

o4

I

I1 I2

O=O1+O2

'

'

,

12

2

22

11

1

11

2211

21

TT

I

QT

p

QTT

I

QT

OIOI

III

优化目标：最小化 T2

快速源切换算法• 相比传统源切换算法，源切换时间减少 20-30% ，

额外开销没有增加

100 500 1000 2000 4000 80000

10

20

30

Ave

rag

e s

witc

h ti

me

Normal switch algorithm

Fast switch algorithm

100 500 1000 2000 4000 80000

0.1

0.2

0.3

0.4

Total number of overlay nodes

Re

du

ctio

n r

atio

背景与动机• 底层覆盖网对 P2P 流媒体系统的至关重要性：只

要覆盖网分割，流媒体系统就陷于中断• 底层覆盖网拓扑关键点的存在：割点 分点

C

7

6

5

C

1

2

3

4

D

>TTL>TTL

C

C

1

2

3

4

5

6

7

我们的工作

分点定义• 定位可达分点

≤TTL

3

2

14

≤TTL ≤TTL

＞TTL

3

2

1

4

C

7

6

5

C

2

3

4

1

分点检测

6

7

C

C

15

2

3

4Msg_ResponseMsg_Init

6

7

C

C

15

2

3

4Msg_Probe

7

5

3

1

6

7

C

C

15

2

3

4

1

7

5

3

1Msg_Probe

6

7

C

C

15

2

3

4 Msg_Arrival

5,71,36

7

C

C

15

2

3

4

Yes!

7

C

C

1

5

3

（ 0）网络初始状态 （ 1）启动检测 （ 2a）探测可达性 I

（ 2b）探测可达性 II （ 3）收集可达关系 （ 4）划分子集、判定分点

性能评价

0 T=5 T=10 T=20 T=500

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

覆盖网被分割时失效的结点数

不 采取任何措施(TTL=4)做分点避免(TTL=3)做分点避免

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

失效结点数

查询成功率

TTL=3 T=10系统容错性提升（ ， ）

不采取任何措施做分点避免

总结 (1)• Book: Guihai Chen and Zhenhua Li. Peer-to-Peer Network: Structure, Application and

Design (《对等网络：结构、应用与设计》 ). Tsinghua University Press, Sep. 2007. About 400K characters in Chinese.

• Journal Paper: • Huan Chen, Guihai Chen, Zhenhua Li and Xiaomei Cao. A Market Model based Reputation

management Mechanism for Peer-to-Peer Networks. Accepted by Journal of Chinese Computer Systems (《小型微型计算机系统》 ) 2008, in Chinese with English abstract.

• Ruifeng Yuan, Zhenhua Li and Guihai Chen. Enhancing Overlay's Performance with Virtual Node Switch Mechanism. Accepted by Computer Science (《计算机科学》 ) 2008, in Chinese with English abstract.

• Zhenhua Li, Guihai Chen and Tongqing Qiu. Partition Node: the Topologically Critical Nodes of Unstructured P2P Network. Accepted by Chinese Journal of Software (《软件学报》 ) 2007, in Chinese with English abstract.

总结 (2)• Conference Paper: 　 　• Zhenhua Li, Jiannong Cao, Guihai Chen and Yan Liu. Fast Source Switching for Gossip-based Peer-to-

Peer Streaming. The 37th International Conference on Parallel Processing (ICPP 2008), September 8-12, 2008 in Portland Oregon, USA.

• Zhenhua Li, Jiannong Cao and Guihai Chen. ContinuStreaming: Achieving High Playback Continuity of Gossip-based Peer-to-Peer Streaming. The 22nd IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS 2008), April 14-18, 2008 in Miami Florida, USA.

• Zhenhua Li and Guihai Chen. Detecting and Reducing Partition Nodes in Limited-routing-hop Overlay Networks. The 6th International Conference on Grid and Cooperative Computing (GCC 2007), pages 19-25, August 16-18, 2007 in Urumchi, Xinjiang, China.

• Junfeng Xie, Zhenhua Li and Guihai Chen. A Semantic Overlay Network for Unstructured Peer-to-Peer Protocols. The 13th International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS 2007), pages 1-8, December 5-7, 2007 in Hsinchu, Taiwan.

• Zhiyu Liu, Ruifeng Yuan, Zhenhua Li, Hongxing Li and Guihai Chen. Survive under High Churn in Structured P2P Systems: Evaluation and Strategy. Lecture Notes in Computer Science (Proceedings of ICCS 2006), Volume 3994, pages 404-411, May 28-31, 2006 in Reading, UK.

展望• 展望

1 、实时系统的研究趋于成熟， P2P 点播系统的研究非常有价值： SIGCOMM’07/08 的两篇论文都是关于 P2P 点播系统2、 P2P 流媒体系统的多个属性间关系的研究3、 P2P 流媒体领域的研究空间仍然很大，并非某些学者认为的“大势已去”、“穷途末路”。

谢谢！

感谢各位参与答辩的老师和同学！