1、分類號 密 級u d c 編 號 太原科技大學畢業(yè)設計（論文）題 目： 院系名稱： 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 教師職稱： 校外導師： 導師職稱： 年 月 日摘 要隨著互聯網的飛速發(fā)展以及用戶的增加，用戶對網絡視頻、音頻等質量的要求越來越高，流媒體在互聯網中的應用也越來越廣。但是傳統(tǒng)的c/s服務器模式逐漸不能滿足用戶的需求，同時也對服務器提出了更高的要求。為了進一步提高網絡視頻的質量，降低服務器負載，減少視頻、音頻數據的啟動延遲和滿足客戶的及時性需求，p2p技術在流媒體中的應用已經成為不可替代的趨勢。p2p（peer-to-peer）對等網絡在流媒體中的應用減輕了傳統(tǒng)服務器的

2、負載壓力，網絡拓撲結構中的每個節(jié)點即可以作為服務器端又可以作為客戶端，客戶端節(jié)點發(fā)出請求后，滿足條件的節(jié)點既可以作為服務器為其他節(jié)點提供服務?？紤]到網絡延時、網絡帶寬、啟動延遲、網絡數據傳輸質量保證等等因素，可以優(yōu)先選擇網絡帶寬較高的節(jié)點作為服務器節(jié)點，通過這種周圍節(jié)點作為服務器提供服務的請求模式，減少了總服務器的壓力，又能及時滿足客戶端的需求?；趐2p網絡拓撲結構系統(tǒng)流媒體傳輸過程中，由于節(jié)點中的服務接受能力參差不齊，節(jié)點的動態(tài)的加入或離開網絡，所以網絡拓撲結構的變化、文件的選擇、服務質量的保證qos、數據調度策略的選擇等等都成為關鍵性因素，尤其選擇何種數據調度策略對傳輸速度，音視頻傳輸質

3、量起著關鍵性的作用。關鍵詞：p2p 流媒體 網絡異構 基于反饋自適應數據調度目錄第1章引 言41.1 研究的背景和意義41.1.1 研究的背景41.1.2 意義41.2 國內外研究現狀41.3 論文的主要研究內容和組織結構51.3.1 論文的主要研究內容51.3.2 論文的組織結構5第2章p2p流媒體相關理論基礎62.1 p2p流媒體62.2.1 系統(tǒng)結構62.2.2 拓撲結構72.3 傳輸過程及性能評價指標82.3.1 傳輸過程82.3.2 關鍵技術及性能指標92.4 數據調度模式102.4.1 樹型數據覆蓋模式102.4.2 網狀數據覆蓋模式10第3章實驗仿真及結果分析123.1 綜合分析

4、123.2 性能分析123.2.1 服務器負載情況分析123.2.2 緩存流媒體數據所用時間分析13第1章 引 言1.1 研究的背景和意義1.1.1 研究的背景目前，為了解決互聯網上流媒體音視頻盡可能充分地傳輸，通常將這些文件先下載到本地，再播放。在這個過程中同時也會帶來幾個問題。首先，流媒體必須下載下來才能觀看，而數據量通常比較大，下載過程要考慮帶寬，系統(tǒng)吞吐量，網絡擁塞等出會出現延時、中斷等問題。其次，龐大的多媒體信息下載到本地計算機會占用很大的存儲資源。比如，一個1分鐘的mpeg-1視頻節(jié)目所需要的存儲空間為12mb，如果用戶使用28.8kb/s的modem接入，那么要下載這個節(jié)目至少需

5、要50分鐘。這樣用戶既想快速、清晰、連續(xù)的觀看音視頻媒體與超長的等待下載時間形成沖突，不得不尋求使多媒體快速播放的方式。為了解決這些問題，“流式傳輸”應運而生。“流式傳輸”借鑒了計算機處理文件時的方式。眾所周知，硬盤中的數據不能直接被調用，cpu處理的數據是先從硬盤讀取到內存中。但是為了提高cpu處理的速度，一般會設有緩存cache，存儲經常調用的頁面、內容或是從硬盤里讀取的數據，cpu在運行時先要到緩存中請求數據是否存在。這種cpu緩存機制有效地加速了計算機的處理速度。1.1.2 意義通過研究傳統(tǒng)流媒體數據調度法發(fā)現傳統(tǒng)的數據調度算法存在缺陷越來越難滿足日益增大的網絡用戶對網絡的請求，同時網

6、絡服務器所提供的服務會出現各種問題，比如音視頻的啟動，服務延時，抖動，中斷停止，及播放質量不流暢。尤其對于目前加入和退出網絡的隨機性比較大，網絡節(jié)點的服務功能各異，對于這樣動態(tài)性活躍性較大的網絡自適應數據調度策略占據了尤為重要的地位。這種自適應數據調度根據網路結構的變化，能夠做出適當調整，隨時選擇帶寬功能較強的節(jié)點作為服務節(jié)點為客戶提供服務。通過自適應數據調度減少服務延時，傳輸過程中的抖動，利用高帶寬保證給用戶提供更加流暢的畫面，提供滿意的音視頻服務。1.2 國內外研究現狀截止到1999年，早期的流媒體應用逐漸展開，但由于網路帶寬條件的限制，我們也只能觀看到郵票大小的音視頻窗口，此時的播放畫面

7、模糊不清，抖動較多不穩(wěn)定，延遲較大并沒有做到真正同步。2000年下半年，隨著互聯網絡的廣泛應用，越來越多的用戶群，傳統(tǒng)的流媒體技術已經滿足不了廣大用戶的需求。流媒體技術行業(yè)領導者real networks，microsoft和apple等各大公司都發(fā)布了相應的流媒體新技術的解決方案，引發(fā)了流媒體傳輸方式，使用的發(fā)展。到2005年，流媒體技術帶給廣大用戶的效果是有目共睹的，網絡用戶可以隨時隨地選在喜歡的音視頻文件播放，正式由于這些便利互聯網成為生活中不可替代的一部分?，F在，流媒體技術的發(fā)展更是達到了鼎盛時期，相應的媒體播放系統(tǒng)，播放軟件等都應運而生。1.3 論文的主要研究內容和組織結構1.3.1

8、 論文的主要研究內容本論文的主要研究內容是首先介紹了p2p流媒體相關的理論基礎，在理論基礎的研究之上提出了一種基于反饋的自適應的數據調度算法（fbsa），詳細介紹了算法背景、思路，流程及實現。最后通過仿真實驗模擬fbsa,并通過與以存在的數據調度算法在服務器負載壓力、吞吐量、播放連續(xù)性、緩存數據所需要時間及啟動延遲方面進行了詳細的對比分析。最后總結分析新提出的算法性能優(yōu)劣，從而得出了fbsa算法在音視頻質量，流暢、延遲方面都得到較大的提高。1.3.2 論文的組織結構本論文總共分為3個章節(jié)，每個章節(jié)的具體安排如下描述：第1章 引言：主要介紹了論文研究的背景和意義，分析了國內外的研究現狀，最后提出

9、了本論文的主要研究內容和組織結構。第2章 p2p流媒體的相關技術：該章是全文的理論基礎支撐。介紹了流媒體概念；p2p流媒體相關概念及p2p流媒體系統(tǒng)結構和網絡拓撲結構；介紹了p2p流媒體傳輸過程及評價指標；介紹了常見幾種的數據調度模式和仿真系統(tǒng)模型的介紹。為以后研究節(jié)點自適應網絡動態(tài)變化數據調度做好鋪墊。第2章 p2p流媒體相關理論基礎隨著用戶對音視頻播放質量要求的提高，近些年來p2p技術的飛速發(fā)展經歷了從gnutella到chrd7再到viceroy。p2p技術在網絡中得到了廣泛地應用，以此產生的p2p網絡在應用層組播和文件共享方面也成為研究的熱點，得到廣泛關注。在p2p網絡拓撲模式下，每一

10、個對等實體節(jié)點既可以作為服務的提供者，又可以是服務的享用者。對等計算或存儲系統(tǒng)提供有限的資源給其他同等地位的節(jié)點，服務器負載均衡分散到對等節(jié)點，從而有效減輕服務器負載和網絡帶寬的使用，大大提高了系統(tǒng)的可伸縮性和潛在應用性。2.1 p2p流媒體顧名思義，流媒體是指媒體文件封裝成滿足流傳輸格式在網絡中以流的形式傳輸的。一般過程為首先音視頻文件按照相關的協議規(guī)范在不損壞媒體質量和內容的前提下通過編碼壓縮將大量的流媒體文件壓縮為適合流傳輸的文件格式，形成多個小的壓縮數據包。其次，通過服務器或代理服務器向客戶端實時、連續(xù)的發(fā)送請求的數據包。再次，客戶端通過緩存接收數據并解碼，解碼后的流媒體數據可供用戶觀

11、看，直到播放完成用戶所需的數據。用戶在觀看的同時，媒體數據不斷到來，及時解碼緩存，從而為用戶有更好的體驗做好準備。這樣既減少了用戶等待時間又能有更加流暢的播放畫面。隨著網絡高速覆蓋到家庭，視頻流的數量將會越來越多，由此也將會在不久的將來帶來流媒體網絡流的擁塞。2.2 p2p流媒體的結構2.2.1 系統(tǒng)結構（1）系統(tǒng)元素服務器：系統(tǒng)服務器向用戶提供門戶服務以訪問需要信息。根據所提供的資料類別，我們可以把它們分為幾種類型。通道信息服務器：對用戶提供視頻內容的描述和信息。跟蹤：維護觀看同一視頻的用戶列表：一個用戶可以通過跟蹤跟蹤檢索其他觀看同一視頻用戶的部分清單，然后與他們建立合作伙伴關系，交換內容

12、。視頻：擁有整個視頻或生成實況視頻流的副本。終端用戶：終端用戶是網絡中接收內容的節(jié)點。他們在基礎網絡頂部形成覆蓋網絡以此來交流內容。在本文中，我們稱之為“節(jié)點”和“節(jié)點”更換。助手：助手可以是最近提出的混合式p2p系統(tǒng)解決方案的服務器或無私同行。它們對視頻內容不感興趣，但輔助系統(tǒng)來促進分配過程。通道和節(jié)點加入2.2.2 拓撲結構p2p流媒體系統(tǒng)是自然分布系統(tǒng)。具有各種功能的網絡實體一起合作按時向終端用戶發(fā)送視頻內容。總結一下，有如下幾種網絡拓撲結構：（1）星型式的p2p拓撲結構此種拓撲結構的網絡中有滿足網絡的服務器，每個服務器管理一定數目的節(jié)點，這些節(jié)點定時向服務器發(fā)送本節(jié)點存儲器上的資源內容

13、，而服務器則根據規(guī)則為這些資源設置索引，以方便資源合理有效的利用率。當節(jié)點請求數據時，服務器將擁有節(jié)點請求數據的節(jié)點的信息和數據所引發(fā)的發(fā)送給請求節(jié)點，客戶節(jié)點則根據傳輸延時，帶寬等因素選擇適合的節(jié)點作為服務器端，從而快速獲得所需要資源。在這種數據傳遞過程中，并不通過中心索引服務器，同時能夠充分利用網絡資源，增加節(jié)點資源的利用率，但是增加了服務器的負載壓力。星型式的p2p拓撲結構（2）基于洪泛式資源請求的p2p網絡拓撲結構在此p2p網絡拓撲結構中，沒有中心服務器，各個節(jié)點的地位是平等的，資源都是存在自己的緩存中。每個節(jié)點都維護著一張存儲鄰居節(jié)點的ip等地址信息的鏈表，鄰居節(jié)點定時檢查網絡中是否

14、有新增加或離開節(jié)點，更新自己的鄰居節(jié)點的地址鏈表，以保證數據傳遞的準確及時。2.3 傳輸過程及性能評價指標2.3.1 傳輸過程目前，多媒體音頻、視頻、3d媒體數據龐大，傳統(tǒng)的傳輸方式由于收到帶寬等的限制不能更好的滿足用戶的需求，流式傳輸營運而生。流媒體傳輸的實現原理簡單描述為基于減少流媒體文件質量損失和不降低文件的大小的前提下，采用有效的數據壓縮算法，使原本龐大的多媒體文件數據經過預處理后形成滿足流傳輸的文件，然后通過架設流媒體服務器，或是代理服務器，修改設置mime標志，在多種實時媒體傳輸協議的規(guī)范下向客戶端傳輸。最終在客戶端通過解碼播放媒體數據。傳輸過程1預處理由于目前網絡帶寬的局限性，直

15、接處理龐大的多媒體數據是遠遠達不到預期的效果的。流媒體協議棧2流媒體傳輸協議（1）實時傳輸協議（realtime transport protoc01，rtp）：這是internet網上針對多媒體數據流的一種傳輸協議。rtp被定義在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實現流同步。0816 24 31v=2pxccmptsequence numbertimestampsynchronization source （ssrc） identifiercontributing source （csrc） identifiersrtp的頭部格式版本號（v）：占2位，用來標志使用的rtp

16、版本。填充位（p）：占1位，如果該位置位，則該rtp包的尾部就包含附加的填充字節(jié)。擴展位（x）：占1位，如果該位置位的話，rtp固定頭部后面就跟有一個擴展頭部。csrc計數器（cc）：占4位，含有固定頭部后面跟著的csrc的數目。標記位（m）：占1位,該位的解釋由配置文檔（profile）來承擔。載荷類型（pt）：占7位，標識了rtp載荷的類型。從圖 2-8 可以看到，rtcp也是用udp來傳送的，但rtcp封裝的僅僅是一些控制信息，因而分組很短，所以可以將多個rtcp分組封裝在一個udp包中。rtcp有如表 2-1 五種分組類型。（3）實時流協議（real-time streaming pr

17、otoc01，rtsp）：定義了一對多的應用程序如何有效的通過ip網絡傳送多媒體數據。表 rtp的物種分組類型類型縮寫表示用途200sr（sender report）發(fā)送端報告201rr（receiver report）接收端報告202sdes（source description items）源點描述203bye結束傳輸204app特定應用（4）資源預訂協議（resource reserve protocol，rsvp）：由于音頻、視頻數據比傳統(tǒng)數據對網絡的延時更加敏感，要在網絡中傳輸高質量的音視頻信息，除了帶寬要求之外，還需要其他更多的條件。rsvp是正在發(fā)的internet上的資源預訂協

18、議，為了在流媒體傳輸過程中提供可靠地qos，可以使用rsvp預留部分網絡資源（即帶寬）。2.3.2 關鍵技術及性能指標1流媒體資源文件定位機制流媒體文件在傳輸的過程中很重要的一個特點就是實時性強，要求節(jié)點發(fā)出的請求能夠快速的經過服務器節(jié)點的響應，傳輸給客戶節(jié)點，在傳輸的過程中對資源文件快速的定位占據越來越重要的地位。在傳統(tǒng)的客戶機服務器流媒體模式下，資源文件的定位一般都是有服務器來實現，由集中的服務器負責查詢定位傳輸資源文件，這種定位方式能夠快速的查詢定位到文件資源，實時性強，但是對服務器要求較高，服務器容易成為整個系統(tǒng)的瓶頸，擴展性較差，存在單點失效等缺點。2qos保障機制目前，在p2p的流

19、媒體系統(tǒng)結構中，由于節(jié)點加入或離開網絡都是隨機的。具有較高的不穩(wěn)定性和動態(tài)性。所以，為了提供可靠地qos流媒體服務質量保證，一般都是采用端到端的路由功能。qos的保障機制主要是能夠使網絡中的節(jié)點充分利用網絡中的有利資源條件，盡可能為用戶提供最好的音視頻體驗，讓網絡真正滿足用戶的需求。2.4 數據調度模式當前對p2p流媒體系統(tǒng)的研究主要涉及兩個方面。一是節(jié)點之間的拓撲構成管理維護；二是在節(jié)點請求的過程中，資源文件劃分為多個大小不等的模塊，節(jié)點如何對這些模塊進行數據調度（data scheduling）成為關鍵技術。2.4.1 樹型數據覆蓋模式所以，單棵樹數據分發(fā)模式只適合規(guī)模較小的應用層組播場景

20、。單棵樹數據分發(fā)但是較大的網絡中多棵樹數據分發(fā)的開銷也是較高的，所以不能應用與實際的系統(tǒng)中。如圖所示為多棵樹數據分發(fā)：多棵樹數據分發(fā)2.4.2 網狀數據覆蓋模式網狀數據覆蓋與樹型數據覆蓋方式不同的是樹型完全是由根節(jié)點向其他節(jié)點按照一層層的關系向下推送數據。而網狀數據覆蓋機制則是各個節(jié)點先與其他節(jié)點建立連接，并彼此交換緩存的內容，然后根據自己對數據的需求和其他節(jié)點最資源的擁有情況進行請求。滿足客戶端節(jié)點向服務器節(jié)點拉取需要的數據，網絡中的節(jié)點的地位是等同的，這種數據調度方案使得各個節(jié)點形成了網狀結構。網狀數據覆蓋結構網狀數據覆蓋主要有以下幾個優(yōu)點：（1）不同節(jié)點可以相互請求傳送獲取數據，充分利用

21、了帶寬；（2）節(jié)點可以根據自己的需要從多個鄰居節(jié)點獲取數據，既提高了對動態(tài)性的魯棒性，又避免了重復數據快的可能性。第3章 實驗仿真及結果分析3.1 綜合分析在上文所示：每一個節(jié)點根據數據傳輸的實際狀態(tài)選擇適當的數據提供節(jié)點，這種方式對于特別異構的網絡是非常有效地。在本節(jié)中，我們提供了一個例子來直觀的展示fbsa是如何工作的。對等節(jié)點數據調度描述3.2 性能分析3.2.1 服務器負載情況分析三種數據調度算法的服務器負載情況如下圖所示。其中p是服務器的平均負載（單位為數據塊，t為時間）。隨著用戶數量的增加，基于p2p拓撲結構的節(jié)點可以向其它節(jié)點請求服務，這些節(jié)點負擔了部分服務器的負載流量，會使服務

22、器的平均負載降低。三種算法下服務器的負載情況3.2.2 緩存流媒體數據所用時間分析在緩存流媒體數據所用時間性能上與之前的兩種p2p數據調度算法進行性能比較。分別為最少優(yōu)先調度算法和輪詢算法進行分析。我們畫出了fbsa和其他兩種算法的曲線水平軸表示，垂直軸表示實際緩沖時間，橫軸表示對數據緩沖的實際數量。緩存流媒體數據所用時間圖結論結論單獨作為一章排寫，但不加章號。致謝對導師和給予指導或協助完成學位論文工作的組織和個人表示感謝。對課題給予資助者應予感謝。參考文獻1廣西壯族自治區(qū)林業(yè)廳.廣西自然保護區(qū)m.北京：中國林業(yè)出版社，1993.2蔣有緒，郭泉水，馬 娟，等.中國森林部落分類及其群落學特征m.北京：科學出版社，1998.3趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程：力學m.北京：高等教育出版社，1995.4crawfprd w，gorman m.futuer libraries：dreams，madness，&realitym. chcago:american library association,1995.5international federation of library association and institutions. names of perso