一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法及系统，包含：P2P节点和流媒体提供服务器。所述的反馈控制策略，为利用节点数据调度与服务调度过程中产生的信息，如邻居节点的缓冲区映像，节点接收到的数据请求，节点接收到的数据量等信息指导节点下一轮的数据请求，并由统计到的信息控制覆盖网更换邻居节点的过程。所述反馈控制策略包含以下过程，节点计算数据片优先级的过程，节点分配数据请求过程；节点采集反馈信息的过程以及节点向覆盖网层反馈的过程。反馈控制策略可以有效的解决动态性对系统的影响，提高系统的鲁棒性，进而提供系统整体性能。

P2P streaming media data request method and system based on feedback control

The invention relates to a method and a system for requesting P2P streaming media data based on feedback control, comprising P2P nodes and a streaming media providing server. The feedback control strategy, to use the node scheduling and data service scheduling in the process of information, such as the neighbor node buffer image data node receives a request, the node receiving data node information to guide the next round of data requests by the statistical information to the control process of overlay replacement neighbor node. The feedback control strategy includes the following process, the node calculates the priority process of the data slice, the node allocates the data request process, the process of gathering the feedback information by the node and the process of the node feedback to the overlay network layer. The feedback control strategy can effectively solve the impact of dynamics on the system, improve the robustness of the system, and then provide the overall performance of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法及系统
本专利技术涉及计算机网络
，更具体地，本专利技术涉及一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法及系统。
技术介绍
近年来，随着宽带通信和多媒体技术的迅猛发展，在线直播，视频点播，文件下载等各种互联网应用也应运而生，对传统的客户端/服务器(C/S)模式的服务系统提出了新的挑战，随着用户规模的增大，传统的客户端/服务器(C/S)模式的服务系统需要消耗更多的软硬件资源，已经不能满足大规模用户的需求，因此基于P2P的服务系统迅速发展并逐渐成为相对成熟的应用。P2P流媒体系统的拓扑分为树状结构和网状结构两种。树状结构又分为单树和多树结构。在单树结构中，节点从单一的父节点获取码流，并向子节点推送整个码流，这使得节点上行带宽资源的大量浪费。多树结构解决了单树结构中的资源利用率的问题，它将整个码流分割成多个子流，每个节点只负责其中的一个或者多个子流。多树结构中，节点的上行带宽得到了有效的利用。然而在多树系统中，节点的动态性会严重影响了系统的性能。网状结构有效的解决了多树系统节点动态性的问题。在网状结构中，节点不再主动推送数据，而是根据自身的需要主动获取数据。推拉结合算法既保证了节点能够迅速的获取数据，也保证了系统有较强的抗扰动性。但现有的流媒体系统中，动态性依然影响着系统的性能，使得系统中的资源得不到有效的利用。节点的退出以及频道间的跳转，使得节点请求到的部分数据既不能用来播放，也不能为其它节点服务，成为邻居节点上行带宽资源的无效利用。而新加入的节点则需要较长的时间来选取邻居节点，并获取数据为邻居节点服务，在此过程中节点的带宽资源被浪费。而这些动态性问题，不仅影响了系统中节点的播放连续度，更严重影响了系统的鲁棒性及扩展性性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服现有技术P2P系统在动态环境下节点资源有效利用效率低的问题，提供一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法及系统。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法，所述方法包含：步骤101）依据反馈信息生成本轮中第一节点缺失的所有数据片的优先级；步骤102）第一节点依据生成的优先级向其邻居节点请求数据片；其中，所述反馈信息依据如下方法获得：第一节点定期与邻居节点交互剩余上行带宽以及缓冲区映像;当第一节点收到上一轮邻居节点发送的数据后，计算邻居节点提供数据的能力函数；当第一节点收到上一轮邻居节点的数据请求后，计算本节点的上行带宽利用率；所述的能力函数为：第一节点对邻居节点请求数据片的量与请求成功概率之间的关系。上述步骤101）进一步包含：步骤101-1）将第一节点缓冲区缺失数据划分为从最新数据片组，分发数据片组以及播放数据片组，并依次降低的优先级，所述的最新数据片组，分发数据片组以及播放数据片组均包含若干的数据片；且最新数据片组为第一节点接收到缓冲区映像中的最新收到的若干数据片，播放数据片组为第一节点即将播放的若干数据片，分发数据片为第一节点请求用于向邻居节点分发的若干数据片；步骤101-2）进一步对最新数据片组包含的数据片进行优先级排序，对分发数据片组中包含的数据片进行优先级排序，并对播放数据片组中包含的数据片进行优先级排序；当第一节点数据请求时，首先依据最新数据片组、分发数据片组和播放数据片组的次序依次请求数据，并且当请求最新数据片组时还要依据步骤102）中对最新数据片组包含的数据片的优先级逐一进行请求、对分发数据片组和播放数据片组的请求也要依据两个组中数据片的优先级进行数据请求。上述步骤102）进一步包含：(1)第一节点依据其上行带宽利用率以及上行带宽，决定本节点的最新数据片的请求量，并依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将数据请求分发给邻居节点；(2)第一节点依据本节点的上行带宽利用率计算本节点本轮调度中应请求的分发数据量，并依据分发数据片的优先级，各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将数据请求分发给邻居节点；(3)第一节点依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将播放数据请求分发给邻居节点；(4)若第一节点的邻居节点尚有剩余能力，则依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片以及分发数据片的优先级，并修改请求的分发数据片的优先级，使其优先级低于播放数据片的优先级，将分发数据请求分发给邻居节点；当对邻居节点的请求不足以满足第一节点需要时，向邻居节点发送强制数据请求，以抢占邻居节点资源以满足第一节点的播放需要。上述方法步骤101）之前还包含：步骤100）采用反馈信息优化调整第一节点的邻居节点的步骤。上述步骤100）进一步包含：步骤100-1）当第一节点发现其邻居节点提供数据的总能力不能满足本节点的需要时，向覆盖网层发送消息更新邻居节点；步骤100-2）当第一节点上行带宽利用率过高且应当交换邻居节点时，节点与某一邻居节点交换邻居节点。上述步骤100-2）进一步包含：首先，第一节点监测自身上行带宽与上行带宽利用率，当节点上行带宽较低，且连续多轮调度中，其上行带宽利用率极高时，判定该第一节点处于关键路径上；然后，位于关键路径上的第一节点依据以下步骤完成与邻居节点交换邻居节点的步骤：(1)节点选择一个获取数据晚于本节点的节点，且上行带宽充足的节点进行交换；(2)节点向其发送请求交换消息；(3)邻居节点应答同意消息；(4)节点选择自己的一个邻居节点与此邻居节点的一个邻居节点交换。基于上述方法，本专利技术提供了一种基于反馈控制的P2P流媒体系统，所述系统中的节点包含：反馈信息提取模块，用于定期与邻居节点交互剩余上行带宽以及缓冲区映像;当节点收到邻居节点发送的数据后，计算邻居节点提供数据的能力函数；当节点收到邻居节点的数据请求后，计算本节点的上行带宽利用率；优先级划分模块，用于依据反馈信息提取模块提取的反馈信息分别调整节点上所有最新数据片，所有分发数据片以及所有播放数据片的优先级；数据请求模块，用于依据优先级划分模块得到的优先级请求节点所需的数据；上述节点还包含：交换邻居节点模块，用于当节点上行带宽较低，且连续多轮调度中，其上行带宽利用率极高时，驱动该节点与它的邻居节点交换邻居节点；更新邻居节点模块，用于当节点不能请求到其所需要的最小期望数据时，驱动该节点更换邻居节点。上述反馈信息提取模块进一步包含：上行带宽提取子模块，用于节点定期与邻居节点交互剩余上行带宽以及缓冲区映像;邻居节点能力提取子模块，用于当节点收到邻居节点发送的数据后，计算其邻居节点提供数据的能力函数；上行带宽利用率提取子模块，用于当节点收到邻居节点的数据请求后，计算本节点的上行带宽利用率；其中，所述的能力函数为第一节点对邻居节点请求数据片的量与请求成功概率之间的关系。上述优先级划分模块进一步包含：数据片类型划分子模块，用于将第一节点缓冲区中缺失的数据片分为最新数据片，分发数据片以及播放数据片，并计算本节点缓冲区中数据片的优先级，其中最新数据片为第一节点接收到缓冲区映像中的最新收到的数据片，播放数据片为第一节点即将播放的数据片，分发数据片为第一节点向邻居节点分发的数据片；第一处理子模块，用于依据节点的上行带宽计算本节点的最新数据片的优先级，在计算过程中，使得数据片的优先级与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法，所述方法包含：步骤101)依据反馈信息生成本轮中第一节点缺失的所有数据片的优先级；步骤102)第一节点依据生成的优先级向其邻居节点请求数据片；其中，所述反馈信息依据如下方法获得：第一节点定期与邻居节点交互剩余上行带宽以及缓冲区映像；当第一节点收到上一轮邻居节点发送的数据后，计算邻居节点提供数据的能力函数；当第一节点收到上一轮邻居节点的数据请求后，计算本节点的上行带宽利用率；所述的能力函数为：第一节点对邻居节点请求数据片的量与请求成功概率之间的关系；所述步骤102)进一步包含：(1)第一节点依据其上行带宽利用率以及上行带宽，决定本节点的最新数据片的请求量，并依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将数据请求分发给邻居节点；(2)第一节点依据本节点的上行带宽利用率计算本节点本轮调度中应请求的分发数据量，并依据分发数据片的优先级，各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将数据请求分发给邻居节点；(3)第一节点依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将播放数据请求分发给邻居节点；(4)若第一节点的邻居节点尚有剩余能力，则依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片以及分发数据片的优先级，并修改请求的分发数据片的优先级，使其优先级低于播放数据片的优先级，将分发数据请求分发给邻居节点；当对邻居节点的请求不足以满足第一节点需要时，向邻居节点发送强制数据请求，以抢占邻居节点资源来满足第一节点的播放需要。...

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法，所述方法包含：步骤101)依据反馈信息生成本轮中第一节点缺失的所有数据片的优先级；步骤102)第一节点依据生成的优先级向其邻居节点请求数据片；其中，所述反馈信息依据如下方法获得：第一节点定期与邻居节点交互剩余上行带宽以及缓冲区映像；当第一节点收到上一轮邻居节点发送的数据后，计算邻居节点提供数据的能力函数；当第一节点收到上一轮邻居节点的数据请求后，计算本节点的上行带宽利用率；所述的能力函数为：第一节点对邻居节点请求数据片的量与请求成功概率之间的关系；所述步骤102)进一步包含：(1)第一节点依据其上行带宽利用率以及上行带宽，决定本节点的最新数据片的请求量，并依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将数据请求分发给邻居节点；(2)第一节点依据本节点的上行带宽利用率计算本节点本轮调度中应请求的分发数据量，并依据分发数据片的优先级，各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将数据请求分发给邻居节点；(3)第一节点依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片，将播放数据请求分发给邻居节点；(4)若第一节点的邻居节点尚有剩余能力，则依据各邻居节点提供数据的能力以及邻居节点拥有的数据片以及分发数据片的优先级，并修改请求的分发数据片的优先级，使其优先级低于播放数据片的优先级，将分发数据请求分发给邻居节点；当对邻居节点的请求不足以满足第一节点需要时，向邻居节点发送强制数据请求，以抢占邻居节点资源来满足第一节点的播放需要。2.根据权利要求1所述的基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法，其特征在于，所述步骤101)进一步包含：步骤101-1)将第一节点缓冲区缺失数据划分为最新数据片组，分发数据片组以及播放数据片组，并依次降低的优先级，所述的最新数据片组，分发数据片组以及播放数据片组均包含若干的数据片；且最新数据片组为第一节点接收到缓冲区映像中的最新收到的若干数据片，播放数据片组为第一节点即将播放的若干数据片，分发数据片组为第一节点请求用于向邻居节点分发的若干数据片；步骤101-2)进一步对最新数据片组包含的数据片进行优先级排序，对分发数据片组中包含的数据片进行优先级排序，并对播放数据片组中包含的数据片进行优先级排序；当第一节点数据请求时，首先依据最新数据片组、分发数据片组和播放数据片组的次序依次请求数据，并且当请求最新数据片组时还要依据步骤102)中对最新数据片组包含的数据片的优先级逐一进行请求、对分发数据片组和播放数据片组的请求也要依据两个组中数据片的优先级进行数据请求。3.根据权利要求1所述的基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法，其特征在于，所述方法步骤101)之前还包含：步骤100)采用反馈信息优化调整第一节点的邻居节点的步骤。4.根据权利要求3所述的基于反馈控制的P2P流媒体数据请求方法，其特征在于，所述步骤100)进一步包含：步骤100-1)当第一节点发现其邻居节点提供数据的总能力不能满足本节点的需要时，向覆盖网层发送消息更新邻居节点；步骤100-2)当第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤佳莉，李晓林，王劲林，郑鹏飞，宋军，吕阳，薛娇，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11