流媒體技術(shù)在教育應(yīng)用中的建議

李良賓

1、媒體的資源定位

對于實時性要求相對較高的流媒體服務(wù)而言。媒體資源的定位至關(guān)重要。怎樣快速地找到可以為自己提供數(shù)據(jù)的節(jié)點，怎樣獲取性能較好的節(jié)點，都是影響流媒體質(zhì)量的關(guān)鍵?；?P2P 的流媒體的資源定位方式顯然取決于P2P 網(wǎng)絡(luò)的類型。目前主要P2P 網(wǎng)絡(luò)的文件定位方式主要有集中目錄式、洪泛式、DHT 等幾類。

集中目錄式是指節(jié)點對于文件的請求都會發(fā)送到個請求給中央目錄服務(wù)器。目錄服務(wù)器存儲了整個網(wǎng)絡(luò)的索引信息。目錄服務(wù)器收到請求后返回擁有該文件的節(jié)點信息位（如IP地址等）。請求節(jié)點收到回復(fù)后選擇其中節(jié)點單獨建立連接。這種方法的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單。目前國內(nèi)非常成功的流媒體軟件PPLive 和PPStream 都采用了這種方式。它的缺點是中央服務(wù)器的癱瘓容易導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的崩潰。可靠性和安全性較低。而且隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大。對中央索引服務(wù)器進行維護和更新的費用將急劇增加。所需成本過高。

2、節(jié)點選擇

2.1面向系統(tǒng)健壯性與網(wǎng)絡(luò)負載均衡性的節(jié)點選擇

這類方法主要出現(xiàn)在該領(lǐng)域的早期研究中。隨機選擇策略和Round-Robin 循環(huán)策略是主要代表。這類方法的優(yōu)點是協(xié)議簡單，能夠保持系統(tǒng)的健壯性和網(wǎng)絡(luò)負載均衡性。隨機選擇策略是指從可選節(jié)點中隨機選擇一個或者幾個節(jié)點作為目標(biāo)節(jié)點。Round-Robin 循環(huán)策略是指將可選的節(jié)點排列到一個列表中，請求節(jié)點選擇列表頭的節(jié)點作為目標(biāo)節(jié)點，選中后節(jié)點移動到列表尾，這兩種策略都可以保持系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。

2.2面向流服務(wù)質(zhì)量的節(jié)點選擇

這類方法的目標(biāo)是提高系統(tǒng)性體的流服務(wù)質(zhì)量，是目前P2P 流媒體系統(tǒng)主要采用的方法。對于每個節(jié)點，通過節(jié)點選擇機制得到鄰居節(jié)點集合，與鄰居節(jié)點交換數(shù)據(jù)得到媒體流。鄰居節(jié)點的能力和它們之間連接鏈路的性能，極大程度地影響了節(jié)點獲取流服務(wù)的質(zhì)量。該類力一法綜合考慮候選節(jié)點的性能差異，以及候選節(jié)點和請求節(jié)點之間的性能關(guān)系，所選的性能參數(shù)主要有帶寬、延遲、丟失率等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以及自定義參數(shù)。

2.3面向系統(tǒng)健壯性與網(wǎng)絡(luò)負載均衡性的節(jié)點選擇

這類方法是從P2P 系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)性體產(chǎn)生的影響進行考慮。對于性體的網(wǎng)絡(luò)，觀看同一個頻道的節(jié)點及其彼此之間的拓撲關(guān)系組成一個應(yīng)用層上的覆蓋網(wǎng)。節(jié)點選擇機制將決定覆蓋網(wǎng)的構(gòu)造方式和數(shù)據(jù)的分發(fā)方式，從而影響整個系統(tǒng)的穿越骨干網(wǎng)流量和對底層網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。ISP （Internet Service Provider）調(diào)查報告指出P2P 系統(tǒng)中70%-90%是穿越骨干網(wǎng)的傳輸，國際出口帶寬的年增長高達159.2%，導(dǎo)致它們必須限制P2P 的網(wǎng)絡(luò)流量以控制成本。P2P 系統(tǒng)需要從自身進行改進，緩解與ISP 服務(wù)提供商之間的沖突，而節(jié)點選擇機制是對此改進有決定性影響的核心模塊。

3、容錯機制

由于P2P 流媒體系統(tǒng)中節(jié)點的動態(tài)性，正在提供服務(wù)的節(jié)點可能會離開系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務(wù)的連續(xù)性，必須采取一些容錯機制使系統(tǒng)的服務(wù)能力不受影響或盡快恢復(fù)。

對于節(jié)點失效的問題，可以采取主備用節(jié)點的方式容錯。在選擇發(fā)送節(jié)點時，應(yīng)選擇多個服務(wù)節(jié)點，其中某個節(jié)點（集）作為活動節(jié)點（集），其余節(jié)點則作為備用節(jié)點。當(dāng)活動節(jié)點失效時則由備用節(jié)點繼續(xù)提供服務(wù)。值得研究的問題是如何快速有效地檢測節(jié)點的失效，以及如何保證在主備用節(jié)點切換的過程中流媒體服務(wù)的連續(xù)性。流媒體服務(wù)的實時性較強，因此節(jié)點的故障檢測時間應(yīng)盡可能短，才能保證服務(wù)不中斷。目前有大量關(guān)于如何縮短故障檢測時間的研究，大都是采用軟狀態(tài)協(xié)議詢問節(jié)點的存在，需要考慮詢問頻度與詢問消息開銷之間的折衷。

數(shù)據(jù)的編碼技術(shù)也可以提供系統(tǒng)的容錯性，如前向錯誤編碼（FEC）[13]和多描述編碼（MDC）。FEC 通過給壓縮后的媒體碼流加上一定的冗余信息來有效地提高系統(tǒng)的容錯性，而MDC 的基本思想是對同一媒體流的內(nèi)容采用多種方式進行描述，每一種描述都可以單獨解碼并獲得可以接受的解碼質(zhì)量，多個描述方式結(jié)合起來可以使解碼質(zhì)量得到增強。這兩種編碼都能適應(yīng)客戶異構(gòu)性的特點，客戶可以根據(jù)自己的能力選擇收取多少數(shù)據(jù)進行解碼。此外，將FEC 和MDC 結(jié)合，能取得更好的容錯效果。

4、激勵機制

4.1給予信譽的激勵機制

基于信譽的激勵機制的重點是嘗試將用戶的QoS 和用戶給系統(tǒng)作出貢獻的程度相結(jié)合。對等點較好的行為將回報以較高的下載速度，獲取更多的內(nèi)容，對新鮮內(nèi)容的較高優(yōu)先級等。

一個自然的選擇是Bit-for-Bit 方案，這里對等點收到的數(shù)據(jù)僅和其發(fā)送數(shù)據(jù)一樣多。這種方案由于其簡單性和公平性而被CoopNet和SplitStream采用。

優(yōu)于Bit-for-Bit 策略，Habib 等人設(shè)計了一種基于分數(shù)的鼓勵用戶貢獻轉(zhuǎn)發(fā)資源的激勵機制，提供貢獻和收益之間的間接映射。其主要思想是：記錄每個節(jié)點給其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的貢獻并對應(yīng)為一定的分值，這個分數(shù)用來決定該用戶在系統(tǒng)中所有用戶中的級別。

4.2基于市場模型的激勵機制

有很多定量研究網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點貢獻或參與程度的方法，一個普遍采用的方法是使用某種代幣。在這種基于市場模型的方案中，用戶賺取系統(tǒng)特定的貨幣（currencies）用于補償服務(wù)，如mojo或karma。

4.3給予懲罰的激勵機制

隨著當(dāng)今ISP通常采用扁平的定價模型到逐漸增加的數(shù)據(jù)內(nèi)容存取驅(qū)使ISP采用分級的定價方案以及無線熱點增值導(dǎo)致移動設(shè)備的大量接入，使得在這樣的網(wǎng)絡(luò)中很難期待用戶的利他行為。因此，設(shè)計即使所有用戶都自私的情況下也能工作很好的P2P 系統(tǒng)是很重要的。

基于以上考慮，一個用于給大量自私節(jié)點分發(fā)內(nèi)容的廣域P2P 組播協(xié)議-EquiCast被提出，它將系統(tǒng)建模為一個非協(xié)作博弈，每個節(jié)點的目標(biāo)是在最小化自己的發(fā)送速率的同時收到所有的組播包。

EquiCast 通過兩種機制強制節(jié)點協(xié)作。首先是監(jiān)控機制，每個節(jié)點監(jiān)控其鄰居節(jié)點的發(fā)送速率，并維護自己和N 個鄰居節(jié)點之間的平衡，根據(jù)該平衡決定給鄰居節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)包或中止連接。第二個機制是每連接的懲罰機制，在鄰居節(jié)點有負平衡的每個周期從鄰居節(jié)點收取一個額外的懲罰包。因此，無論何時只要可能節(jié)點就被激勵獲得非負平衡。

4.4給予社會福利的激勵機制

為了容納想加入而無法加入的資源匱乏的節(jié)點，獲得帶寬資源重分配的有效性和公平性，Chu等人特定了一個發(fā)布者依據(jù)稅收調(diào)節(jié)節(jié)點貢獻帶寬和接收帶寬的賦稅博弈，可以看作發(fā)布者強制參與節(jié)點上稅。社會福利（即所有節(jié)點的匯聚效用）通過財富（個人利益即接收數(shù)據(jù)率）的重新分配被改善了。

該模型適用于流媒體環(huán)境是因為視頻流的發(fā)布者有強制節(jié)點納稅的手段和最大化總社會福利的意愿。相對于其他以代幣為基礎(chǔ)的激勵機制或以信譽為基礎(chǔ)的激勵機制，賦稅提供了貢獻和收益間的直接映射，而前兩種提供了間接映射。采用賦稅方案避免了維護持續(xù)狀態(tài)的開銷和安全脆弱性。