视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法。本发明专利技术采用下述步骤实现P2P覆盖网带宽分配最优化：第一，将P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化为P2P覆盖网节点一方面作为上游节点分配上传带宽，另一方面作为下游节点按实际需求参与不同上游节点带宽分配；第二，节点之间带宽分配过程以上游节点广播其要价，下游节点接收到上游节点要价信息后，确定其带宽请求量，上游节点统计其下游节点的总带宽请求量，根据带宽请求量和上传带宽的关系选择分配方式；第三，提出“节点选择”算法，下游根据上游节点要价和自身可接受最高要价，选择不同上游节点，向上游节点请求带宽。该方法能提高节点间带宽资源分配的公平性和带宽利用率，降低网络的传输开销。

【技术实现步骤摘要】
视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法
本专利技术涉及一种视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法，包括覆盖网络的构建，节点之间带宽分配模型的建立，以及带宽资源的分配策略。
技术介绍
P2P(Peer-to-Peer)流媒体系统融合了P2P技术和流媒体技术，它的出现使得在现有网络基础上实现大规模流媒体共享成为可能。P2P流媒体系统利用P2P技术的特点，充分利用用户端的资源，让用户端充当一部分服务器的功能，用户节点在接收和播放流媒体数据的同时，利用上行带宽和硬件资源，把缓存的流媒体数据转发给其他节点，使流媒体内容分发分散化，以此来缓解服务器的负载，具有很高的可扩展性和低成本特点。通过这样的流数据共享，用户节点不必直接从服务器请求数据，通过合理的节点组织、缓存管理等技术，可以使大量的用户节点共享源自服务器的一条数据流。P2P流媒体系统适用于单速率码流的传输，即同一内容(频道)的视频流仅由一个覆盖网传输，用户节点可加入不同的覆盖网，获得不同内容的视频资源。P2P流媒体系统尽管具有上述优点，但对于为P2P网络中的用户提供高质量的视频，仍然面临着下列挑战：包括节点的上传带宽有限制、视频接收端用户的条件异构性(如下载带宽、屏幕分辨率、CPU计算能力)、节点的高流动性(节点随机加入或者离开)、数据调度策略过于复杂，网络节点只享受资源和服务而不为系统做贡献的行为等。因此，解决上述问题不仅需要增加节点的带宽容量，部署更多的服务器来弥补网络资源的不足，还需要采用新颖的编码方式、流媒体内容分发技术、设计算法和协议来优化利用有效网络资源，设计合理的激励机制等。纳什议价解是合作博弈论的一种方式。纳什议价解强调的是集体主义、团体理性、效率和公平。解决资源分配问题时，在竞争的用户间实现资源分配的有效性、公平性及收益最大化是要考虑的问题。把纳什议价解引入到P2P流媒体网络的资源分配研究中是合理的。纳什议价解是指参与资源分配的用户经过多次的讨价还价之后得到均衡解，此解需要满足：个人理性、帕累托最优、线性变换无关、独立于无关选择和对称性等条件。纳什证明了使得纳什积最大化的解就是纳什议价解。把纳什议价解引入到P2P流媒体网络的资源分配研究中是合理的。现有的很多技术，都是采用竞拍和最大效用和的方式进行带宽资源的分配，直到达到纳什均衡，但是采用竞拍和最大效用和的方式时，没有考虑到覆盖网络中用户之间的公平性和效率，而且要进行多轮拍卖，网络传输消耗很大。本专利技术提出了一种视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法，解决P2P覆盖网络中的带宽分配问题，从而改善网络性能，提高带宽分配的公平性和效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法，该方法不仅能解决P2P网络覆盖网络中的带宽分配，还能够提高节点间带宽资源分配的公平性和效率，增加了网络的可扩展性，降低网络的传输开销。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法，其特征在于采用下述步骤实现P2P覆盖网带宽分配最优化：第一，将P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化为P2P覆盖网节点一方面作为上游节点分配上传带宽，另一方面作为下游节点按照实际需求参与不同上游节点的带宽分配；第二，节点之间带宽分配过程以上游节点广播其要价，下游节点接收到上游节点要价信息后，确定其带宽请求量，上游节点统计其下游节点的总带宽请求量，根据带宽请求量和上传带宽的关系选择分配方式；第三，提出了“节点选择”算法，下游节点可根据上游节点的要价和自身可接受的最高要价，选择不同的上游节点，向上游节点请求带宽。下面给出原理说明：1，P2P覆盖网的带宽分配优化问题(1)，网络模型及相关参数视频流由P2P覆盖网进行传输，覆盖网抽象为有向图，其中，代表所有参与该网络的节点集合，E代表节点之间有向链路的集合；上游节点i的可用上传带宽为Ci，要价为pi；下游节点j可接受的最高要价为bj，下游节点j的预算金额为Bj；节点加入覆盖网，可在终端解码出视频，用Uij(·)表示覆盖网中下游节点的效用函数，其中，i表示上游节点，j表示下游节点，符号(·)中的圆点表示为上游节点i分配给下游节点j的带宽量。节点组织的分配分为两个子周期：在请求周期内，下游节点j根据上游节点i的要价pi，采用“节点选择”算法，确定下游节点j与上游节点i的请求关系，如果下游节点j向上游节点i请求带宽，那么向上游节点i请求的最小带宽请求量为并且通过“注水法”确定向每个上游节点i的最大带宽请求量在分配周期内，分配组织上游节点i接收到所有其他请求带宽的下游节点j的最小带宽请求量和最大带宽请求量后，使用一种分配策略出售其上行带宽Ci，网络中下游节点j得到的带宽为xij，如果网络中下游节点j的带宽xij满足则此时在覆盖网络中带宽达到最优分配；(2)，优化目标首先将下游节点j在覆盖网络中的优化问题转化为对上游节点请求带宽的最优问题：s.t.1)2)优化目标：下游节点j效用最大化，即确定下游节点j最大带宽请求量约束条件：在覆盖网中，下游节点向上游节点请求的最大带宽请求量大于等于其最小带宽请求量同时下游节点有足够的预算金额支付给上游节点；当时，上游节点i分配给下游节点j的带宽xij为最大带宽请求量，即，当时，上游节点i选择纳什议价解的方式进行带宽分配：s.t.1)2)其中，是下游节点j的谈判破裂点，如果下游节点j得到的效用大于则下游节点j向上游节点i请求带宽，否则下游节点j不向上游节点i请求带宽；约束条件：1)，上游节点分配给下游节点的带宽量介于下游节点最小带宽请求量与最大带宽请求量之间；2)，上游节点可出售的带宽总量受其上传带宽限制；通过凸优化的方法求得分配给每个下游节点的最优带宽；2，节点之间带宽分配过程(1)，分配周期上游节点i接收到来自所有下游节点的带宽请求量后，根据带宽请求量与自身可用上传带宽之间的关系，采用纳什议价解的方式或者直接分配的方式进行带宽分配，伪代码如下：/*上游节点i接收到的所有下游节点的带宽请求量集合*/{分配带宽}Else{采用纳什议价解的方式进行带宽分配；s.t.1)2)采用凸优化的方式进行求解；}(2)，请求周期下游节点j接收到来自所有上游节点的要价后，执行“节点选择”算法来决定与上游节点带宽请求关系，然后确定对每个上游节点最小带宽请求量和最大带宽请求量，具体步骤：首先，在覆盖网中，下游节点根据所有上游节点的要价，采用“注水法”，确定向上游节点请求的最大带宽请求量，向边际效用最大的上游节点请求带宽；然后，根据下游节点的预算金额，重复上述带宽请求调整过程，其中，注水法的目的在于，下游节点j在上游节点i出价pi一定的情况下，确定向每个节点i请求的最大带宽请求量原则上是向可获得边际效用越大的节点请求更多的带宽，直到下游节点j的预算金额用完为止，即具体过程的伪代码如下：边际效用函数：Ui'j＝d[Uij(xij)]/dxij初始化：xij＝0；while(Bj＞0){找出当前ui'j最大的上游节点i，令i*＝i；/*增加带宽请求量，步长Δ为一正数*/节点的预算金额为：重新计算}3、“节点选择”算法节点加入网络时，向上游节点请求带宽，在预算有限的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法，其特征在于：采用下述步骤实现P2P覆盖网带宽分配最优化：第一，将P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化为P2P覆盖网节点一方面作为上游节点分配上传带宽，另一方面作为下游节点按照实际需求参与不同上游节点的带宽分配；第二，节点之间带宽分配过程以上游节点广播其要价，下游节点接收到上游节点要价信息后，确定其带宽请求量，上游节点统计其下游节点的总带宽请求量，根据带宽请求量和上传带宽的关系选择分配方式；第三，提出了“节点选择”算法，下游节点可根据上游节点的要价和自身可接受的最高要价，选择不同的上游节点，向上游节点请求带宽；上述的P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化过程为：(1)，网络模型及相关参数视频流由P2P覆盖网进行传输，覆盖网抽象为有向图，其中，代表所有参与该网络的节点集合，代表节点之间有向链路的集合；上游节点的可用上传带宽为\* MERGEFORMAT ，要价为\* MERGEFORMAT ；下游节点\* MERGEFORMAT 可接受的最高要价为\* MERGEFORMAT ，下游节点\* MERGEFORMAT 的预算金额为\* MERGEFORMAT ；节点加入覆盖网，可在终端解码出视频，用\* MERGEFORMAT 表示覆盖网中下游节点的效用函数，其中，\* MERGEFORMAT 表示上游节点，\* MERGEFORMAT 表示下游节点，符号\* MERGEFORMAT 中的圆点表示为上游节点\* MERGEFORMAT 分配给下游节点\* MERGEFORMAT 的带宽量，节点组织的分配分为两个子周期：在请求周期内，下游节点\* MERGEFORMAT 根据上游节点\* MERGEFORMAT 的要价\* MERGEFORMAT ，采用“节点选择”算法，确定下游节点\* MERGEFORMAT 与上游节点\* MERGEFORMAT 的请求关系，如果下游节点\* MERGEFORMAT 向上游节点\* MERGEFORMAT 请求带宽，那么向上游节点\* MERGEFORMAT 请求的最小带宽请求量\* MERGEFORMAT ，并且通过“注水法”确定向每个上游节点\* MERGEFORMAT 的最大带宽请求量\* MERGEFORMAT ；在分配周期内，分配组织上游节点\* MERGEFORMAT 接收到所有其他请求带宽的下游节点\* MERGEFORMAT 的最小带宽请求量和最大带宽请求量后，使用一种分配策略出售其上行带宽\* MERGEFORMAT ，网络中下游节点\* MERGEFORMAT 得到的带宽为\* MERGEFORMAT ，如果网络中下游节点\* MERGEFORMAT 的带宽\* MERGEFORMAT 满足\* MERGEFORMAT ，则此时在覆盖网络中带宽达到最优分配； (2)，优化目标首先将下游节点\* MERGEFORMAT 在覆盖网络中的优化问题转化为对上游节点请求带宽的最优问题：\* MERGEFORMATs.t.\* MERGEFORMAT\* MERGEFORMAT优化目标：下游节点\* MERGEFORMAT 效用最大化，即确定下游节点\* MERGEFORMAT 最大带宽请求量\* MERGEFORMAT ；约束条件：在覆盖网中，下游节点向上游节点请求的最大带宽请求量\* MERGEFORMAT 大于等于其最小带宽请求量\* MERGEFORMAT ，同时下游节点有足够的预算金额支付给上游节点；当\* MERGEFORMAT 时，上游节点\* MERGEFORMAT 分配给下游节点\* MERGEFORMAT 的带宽\* MERGEFORMAT 为最大带宽请求量，即，\* MERGEFORMAT ，当\* MERGEFORMAT 时，上游节点\* MERGEFORMAT 选择纳什议价解的方式进行带宽分配：\* MERGEFORMATs.t.1)\* MERGEFORMAT ;2)\* MERGEFORMAT .其中，\* MERGEFORMAT 是下游节点\* MERGEFORMAT 的谈判破裂点，如果下游节点\* MERGEFORMAT 得到的效用大于\* MERGEFORMAT ，则下游节点\* MERGEFORMAT 向上游节点\* MERGEFORMAT 请求带宽，否则下游节点\* MERGEFORMAT 不向上游节点\* MERGEFORMAT 请求带宽；约束条件：1)，上游节点分配给下游节点的带宽量介于下游节点最小带宽请求量与最大带宽请求量之间；2)，上游节点可出售的带宽总量受其上传带宽限制；通过凸优化的方法求得分配给每个下游节点的最优带宽；上述的节点之间带宽分配过程(1)，分配周期上游节点\* MERGEFO...

【技术特征摘要】
1.一种视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法，其特征在于：采用下述步骤实现P2P覆盖网带宽分配最优化：第一，将P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化为P2P覆盖网节点一方面作为上游节点分配上传带宽，另一方面作为下游节点按照实际需求参与不同上游节点的带宽分配；第二，节点之间带宽分配过程以上游节点广播其要价，下游节点接收到上游节点要价信息后，确定其带宽请求量，上游节点统计其下游节点的总带宽请求量，根据带宽请求量和上传带宽的关系选择分配方式；第三，提出了“节点选择”算法，下游节点根据上游节点的要价和自身可接受的最高要价，选择不同的上游节点，向上游节点请求带宽；上述的P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化过程为：(1)，网络模型及相关参数视频流由P2P覆盖网进行传输，覆盖网抽象为有向图，E代表节点之间有向链路的集合；上游节点的可用上传带宽为Ci，要价为pi；下游节点j可接受的最高要价为bj，下游节点j的预算金额为Bj；节点加入覆盖网，在终端解码出视频，用Uij(·)表示覆盖网中下游节点的效用函数，其中，i表示上游节点，j表示下游节点，符号(·)中的圆点表示为上游节点i分配给下游节点j的带宽量；节点组织的分配分为两个子周期：在请求周期内，下游节点j根据上游节点i的要价pi，采用“节点选择”算法，确定下游节点j与上游节点i的请求关系，如果下游节点j向上游节点i请求带宽，那么向上游节点i请求的最小带宽请求量为并且通过“注水法”确定向每个上游节点i的最大带宽请求量在分配周期内，分配组织上游节点i接收到所有其他请求带宽的下游节点j的最小带宽请求量和最大带宽请求量后，使用一种分配策略出售其上行带宽Ci，网络中下游节点j得到的带宽为xij，如果网络中下游节点j的带宽xij满足则此时在覆盖网络中带宽达到最优分配；(2)，优化目标首先将下游节点j在覆盖网络中的优化问题转化为对上游节点请求带宽的最优问题：s.t.1)2)优化目标：下游节点j效用最大化，即确定下游节点j最大带宽请求量约束条件：在覆盖网中，下游节点向上游节点请求的最大带宽请求量大于等于其最小带宽请求量同时下游节点有足够的预算金额支付给上游节点；当时，上游节点i分配给下...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹君妮，刘丽萍，杨阳，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31