P2P智能节点流媒体内容存取技术

流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体。P2P智能节点是在不同类型的链路(时延/带宽)下，由节点实时对网络环境进行监视、评估和调节，实现网络的自优化和自恢复，尽可能提高应用的有效性；由节点实现端到端的流媒体数据传输，一条路径不好可以自动切换到另一条路径，或使用多条路径共同传输，以保证服务质量(QoS，Quality of Service)。

传统的P2P模式流媒体系统的数据接收端节点，设置一个单级缓存区，一般采用以最快数据传输速度填满一个缓存区的简单策略。为了实现流媒体内容实时流式传输时，使Peer节点保持较平稳的整体网络负载，使整体网络实时传输效果较好，我们采取的办法是在P2P模式流媒体系统的数据接收端节点增加一个二级缓存区。

1、二级缓存区数据传输流程

我们在P2P网络的接收端节点内设置二级缓存区，具体如下：

流媒体数据发送端(源节点)是源节点A、源节点B，流媒体数据接收端(宿节点)是宿节点C，在宿节点C内设置二个缓存区，分别是缓存区A、缓存区B。

缓存区A为常用缓存区，在宿节点C接收数据实时播放过程中，缓存区A通过路径A获得数据，当缓存区A内填满数据时，缓存区A中的数据以先入先出(FIFO，First In First Out)方式开始下溢到缓存区B，同时缓存区A继续通过路径A获得数据。

2、对节点实时播放的影响分析

通过建立一简化的网络模型，从源节点A、源节点B到宿节点C、宿节点D存在四条路径，分别记作L1、L2、L3、L4，其传输速率分别记作V1、V2、V3、V4，满足流媒体实时播放传输速率记作Vp。

假设一个源节点同时只能为一个宿节点提供数据，一个宿节点可同时接收二个源节点数据。

考虑Peer节点的异构性，假设V1>V2>V3>V4。

当Vp>V1时，宿节点C、宿节点D都不满足实时播放需求，故予放弃。

当V1>Vp>V2时，按最快传输策略，宿节点C应选择L1传输，宿节点D不满足实时播放需求；按适中传输策略，宿节点C也应选择L1传输，宿节点D不满足实时播放需求。

当V2>Vp>V3时，按最快传输策略，宿节点C应选择L1传输，宿节点D不满足实时播放需求：按适中传输策略，宿节点C应选择L2传输，宿节点D不满足实时播放需求。

当V3>Vp>V4时，按最快传输策略，宿节点C应选择L1传输，宿节点D不满足实时播放需求；按适中传输策略，宿节点C应选择L3传输，宿节点D应选择L2传输。

当V4>Vp时，按最快传输策略，宿节点C应选择L1传输，宿节点D应选择L4传输，对应的传输速率V1、V4值相差较大；按适中传输策略，宿节点C应选择L3传输，宿节点D应选择L2传输，对应的传输速率V2、V3值相差较小。由上面分析得结论一：在简化网络模型中，当V3>Vp>V4时，适中传输策略比最快传输策略有更多宿节点满足Vp条件。当V4>Vp时，适中传输策略比最快传输策略的速率差值小，网络均衡性好。

由结论一得结论二：在形同条件下，采用单级缓存区满足Vp条件的宿节点少，网络负载均衡性差：采用二级缓存区满足Vp条件的宿节点多，网络负载均衡性好。

3、节点互相影响时网络均衡性分析

通过建立一个简化的网络模型。

宿节点C可通过路径L1或L3分别从源节点A或源节点B获得数据；宿节点D可通过路径L2或L4分别从源节点A或源节点B获得数据。路径L1、L2、L3、L4，其传输速率分别记作V1、V2，V3，V4，满足流媒体实时播放传输速率记作Vp。

由于Peer节点异构性，为简化分析模型，假设V1>V2>V3>V4>Vp，假设邻近节点接收数据时对宿节点传输速率影响值远小于Vp。

(1)单级缓存区情况，设缓存区容量大小为R

T1=R/(V1-W1)*K1

T2=R/(V4-W2)*K2

R：缓存区容量大小；V1：路径L1数据传输速率：K1：影响时间系数。

W1：经过互联网时，同一时间内邻近节点D接收数据时对宿节点C传输速率影响值。

V4：路径L4数据传输速率：K2：影响时间系数。

W2：经过互联网时，同一时间内邻近节点C接收数据时对节点D传输速率影响值。

分析可以得出结论一：宿节点C的速率变化是(V1-W1)至零交替变化；宿节点D的速率变化是(V2-W2)至V2至零交替变化，或者(V2-W2)至V2交替变化。

(2)二级缓存区情况，设常用缓存区和紧急缓存区容量大小都为R。

由于二级缓存区采用适中传输策略，故宿节点C选择传输路径L3，宿节点D选择传输路径L2，宿节点C、宿节点D不会出现停止传输现象，故不设影响时间系数K。

T1=R/(V3-W1)

T2=R/(V2-W2)

R：缓存区容量大小；V3：路径L3数据传输速率；V2：路径L2数据传输速率。

W1：经过互联网时，同一时间内邻近节点D接收数据时对宿节点C传输速率影响值。

W2：经过互联网时，同一时间内邻近节点C接收数据时对宿节点D传输速率影响值。

分析可以得出结论二：宿节点C的速率变化是(V3-W1)至Vp交替变化；宿节点D的速率变化是(V2-W2)至Vp交替变化

由结论一、结论二得：在P2P网络下，考虑Peer节点异构性，为实现Peer节点流畅播放，设置二级缓存区相对单级缓存区能保持较平稳的P2P网络负载。

从以上分析我们可以看出，增加一个二级缓存区相比较一般的传统的单缓冲区的P2P模式流媒体系统在保持网络负载均衡，保证实时传输效果方面具有比较大的优势，而且实施起来难度相对比较低，不失为一种比较良好的解决办法。