P2P VoD 资源路由查找算法研究姓 名： 刘永鹏专 业： 计算机应用指导老师：王宗敏 教授 李润知 讲师

报告提纲

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课题研究背景及研究现状1

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本文的主要工作

下一步主要工作

从 2004 年开始，基于 P2P 的网络视频服务逐渐流行，出现了大量的商用直播系统，如Cool streaming 、 GridMedia 、 PPLive 、PPStream 等。

2008 年左右， P2P 技术在流媒体直播中取得巨大的成功，工业界和学术界将注意力转向另一种更具挑战的视频业务， P2P 视频点播服务（ P2P VoD ）。

课题研究背景

思科的统计数据显示 2012 年 90 ％互联网流量来自视频。2012 年， VoD 视频点播次数会达到每月 70亿次以上。

视频点播应用现状

视频应用网站

P2P 技术在视频应用中的优势

耗带宽高存储高实时性分散带宽节省费用提高扩展性

视频应用服务的特点 P2P 技术的优势

点播的最大特点在于用户可以随意跳转，即从当前位置跳转到前面或者后面进行观看。但是应用 P2P 技术后带来了挑战，如节点跳转到新位置 , 当前邻居节点很可能没有所需数据，造成了邻居节点的失效。因此，如何快速高效地查找到合适的邻居节点来提供数据，是 P2P VoD 应用面临的挑战。

P2P VoD 应用面临的挑战

采用分布式哈希表 DHT （文献 [1, 2, 3] ），网络开销大。 Wang Dan 等人提出了一种动态跳跃表 ( DSL ) 的结构，将观看同一视频片段的节点映射成表中的节点。通过 DSL 链表确定资源。 Cheng Ben 等人提出了一种环形的结构，其中每个节点维持一个同心环，并根据该结构提出快速定位资源的方案。 InstantLeap 将视频流沿着时间轴划分成若干个片段，将观看相同片段的节点看成一个组，通过该结构实现数据发现。 Zhang Qian 等将有相似兴趣点的节点聚簇，利用节点之间的兴趣相似性，缩短资源查找的时延。 研究总结：

根据前人的研究发现，他们都是在查找模型上做了大量的设计和创新，将 P2P VoD 松散的网络组织成某种结构，在此基础上实现查找。所以本文沿用这一思想，经过反复的论证后提出了一种可行的双层覆盖网结构的查找模型。

国内外研究现状

本文设计了一个双层结构的查找模型。根据模型，提出了基于索引路由表的资源查找算法。论述了算法的理论分析和动态调整策略。

主要工作

第一部分双层覆盖网结构的查找模型

P2P VoD 排队服务模型

节点加入到 VoD 系统是由一个启动引导服务器引导实现的。启动引导服务器是系统的全局计时器标准，每隔一个时间单位 T 生成一个播放簇。节点加入系统时，首先向启动引导服务器发送加入请求。启动引导服务器根据节点到达时间划分 P2P VoD网络，即分配一个簇关键字，和有相同关键字的簇邻居节点。把同一时间段 T 内到达的所有节点称作一个播放簇。P2P VoD 系统中观看同一部影片的所有节点，按照其到达系统的时间被划分成了多个簇。

双层结构查找模型描述（一）

假设一部影片的时长为 Tm，系统按照 T的时间间隔划分到达系统的节点，则系统中会有 Tm/T个覆盖网络。

提高数据分发的效率 同一个播放簇内节点之间的播放位置，在整个影片播放过程中始终保持接近。 节点缓存的数据在短时间内会以极大的概率被其邻居节点使用。

最大化节点之间的服务时间 例如： P1 ， P3 间的同步在线时间远大于 P1 与

P18 节点间的同步时间，因此 P1 选择 P3 作为视频源比选择 P18 有更长的服务时间保证。

播放位置近似的覆盖网结构优点

内部结构松散，更加适用于节点的动态性 基于邻居列表，播放簇内部是松散的网状结构，当发现某个邻居失效时，可从列表中另选节点。 相比树型转发结构，维护的开销大大降低，而且可靠性仍能保证。

上层设计分布式的簇首索引覆盖网双层结构查找模型（二）

从每个播放簇中选出一个簇首节点 为保证每个播放簇的簇首节点的稳定，随机的选择簇内其他节点作为候选簇首节点。

每个播放簇分配一个关键字 Key 播放簇自产生起，关键字保持唯一不变。 相邻两个播放簇间的关键字相差一个单位，例如若到达时刻为 0T – 1T 、 1T – 2T 之间的连个播放簇的关键字分别为 Key1 、 Key2 ，则 Key2 –

Key1 = 1 。

簇首节点维护邻居簇首列表，指向关键字最接近自身的前一个播放簇与后一个播放簇，即上层覆盖网形成以关键字大小排列的双向链表。

二层簇首索引覆盖网的创新点： 播放同一部影片的所有节点，播放速率恒定，节点在没跳转或者暂停操作的条件下，各播放簇间的播放位置相对距离保持恒定，因此能保证二次索引结构的稳定性，即保证查找的正确性。 引入簇关键字，将查找时间点转换成查找播放簇，增大查找成功的效率。 减低节点资源发布产生的网络开销。

创新点

第二部分查找路由表

查找路由表结构 查找路由表分为左邻居和右邻居两项。 每项又有索引关键字、目标关键字和邻居簇首节点信息三部分组成。 查找路由表按照簇关键字记录节点信息，其中的第 i项记录关键字为 Key2(i-1) （ i=1 、 2 、 3 ， 0N）的播放簇簇首节点的地址及其他信息。

查找路由表

簇首节点 P11 的查找路由表查找路由表格式举例

查找路由表的初始化。查找路由表规则的维护更新。

由于簇首节点动态改变，需要及时更新路由表。

查找路由表

第三部分查找过程及算法

跨簇查找查找过程

参数设置• 播放时间点 t ，目标播放时间点当前播放簇的起始时间点，其中 t 。为两个播放点间的时间差。• 为两播放簇簇关键字之差，目标播放簇的簇关键词。

关键参数计算• =- ， = ， =+

播放簇簇内查找过程

P1

P2P3

P4P5

P6

P7 P8

P9

P10

P11

P12P13

路由表查找算法 :

对相关算法的设计评价指标和做对比实验 将通过模拟实验，与 InstantLeap ， RINDY ，

DSL方法作对比。 理论分析与评价算法性能。

下一步工作

[1] N. Vratonjic, P. Gupta, N. Knezevic, et al. Enabling DVD-like Features in P2P Video-on-Demand Systems[C]. In Proc. of the SIGCOMM Peer-to-Peer Streaming and IP-TV Workshop, August 2007.

[2] W. Yiu, X. Jin, and S.H. Chan. VMesh: Distributed Segment Storage for Peer-to-Peer Interactive Video Streaming[C]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Special Issue on Advances in Peer-to-Peer Streaming Systems, 25(9):1717 – 1731, December 2007.

[3] Z. Yin and H. Jin. DHT Based Collaborative Multimedia Streaming and Caching Service[C]. In Proc. of the IEEE International Region 10 Conference, November 2005.

[4] D. Wang and J. Liu. A Dynamic Skip List-Based Overlay for On-Demand Media Streaming with VCR Interactions[J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 19(4):503-514, April 2008.

[5] Cheng Bin, Jin Hai, and Liao Xiao-fei. Supporting VCR functions in p2p VoD services using ring-assisted overlays[C]. Proceedings of IEEE ICC, 2007, 1698-1703.

[6] Qiu Xuan-jia, Wu Chuan, Lin Xiao-la, et al. Instantleap: Fast neighbor discovery in p2p VoD streaming[C]. Proceedings of NOSSDAV, 2009, 19-24.

[7] H. Guo, J. Liu, Z. Wang. Frequency-Aware Indexing for Peer-to-Peer On-Demand Video Streaming[C]. Proceedings of IEEE ICC, 2010, 1-5.

[8] Cheng Bin, Jin Hai, and Liao Xiao-fei. Supporting VCR functions in p2p VoD services using ring-assisted overlays[C]. Proceedings of IEEE ICC, 2007, 1698-1703.

[9] Di Wu, Y. Liu and K. Ross. Queuing Network Models for Multi-Channel P2P Live[C]. In Proc. of IEEE INFOCOM, 2009, 73 – 81.

参考文献

谢谢各位老师和同学欢迎各位老师和同学指导与指正