专利名称：对等网络流媒体点播服务质量保证系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到互联网技术、对等网络技术与流媒体技术，是在互联网上利用对等网络技术，实现了一种对等网络流媒体点播服务质量保证系统，它属于互联网上流媒体信息服务应用领域。
背景技术：
随着互联网上流媒体点播服务的普及与发展，用户对互联网上流媒体点播服务中视频质量的要求越来越高，在互联网的流媒体点播服务中要保证视频质量，通常方法就是提高传输视频的网络带宽。然而，在传统客户机/服务器模式中，即使提高网络带宽也无法很好保证视频传输过程中流媒体数据的播放质量。因此，如何在互联网上保证流媒体点播的服务质量是一个挑战性问题。目前，解决这个问题的方案有三种:第一，内容分发网络系统，它主要依赖部署于网络中的代理服务器，将流媒体数据缓存在这些代理服务器上，当用户请求流媒体数据时，由离用户最近的代理服务器响应用户的请求并为其提供服务，但是部署这些代理服务器需要大量投资，会增加该业务运营商的投资成本；第二，IP组播网络系统，当服务器向一组节点传送流媒体数据时，不必向这个组中每一节点单独发一份流媒体数据，只需将流媒体数据发送到一个特定的预约的组地址中，利用路由器来分发这份流媒体数据，使得加入该组中节点都能得到这份流媒体数据，但是它的缺点是网络中成员管理难度大，组播拥塞难以控制。第三，对等网络系统，网络中节点既是流媒体数据的提供者，又是流媒体数据的消费者，在获得自己所需流媒体数据同时，也可将已有的流媒体数据上传给网络中其他节点，这使得网络服务能力随着用户对流媒体数据的需求增长而得到增强，而且它的可扩展性能够解决客户/服务器模式中服务和流媒体数据缺乏分布式共享问题，并且不需要改变互联网的物理结构，只需通过改变流媒体点播服务中路由算法和内容分发策略，就可较大幅度的提高互联网上流媒体点播服务的播放质量。互联网上对等网络流媒体点播服务系统中服务质量保证主要包括两个方面内容:第一，对等网络流媒体点播系统本身的服务质量问题，其中包括如何增强对等网络流媒体点播网络的健壮性，防止节点自由加入或者退出网络造成服务质量下降；如何在流媒体点播服务中合理部署节点选择机制，以保障流媒体数据传输时速度稳定。第二，如何监控对等网络流媒体点播中节点服务行为对网络性能的影响，其中包括如何对“正常”节点进行激励，如何惩罚“偷懒”节点或“恶意”节点。下面是互联网上对等网络流媒体点播中，采取的一些常用服务质量保证方法。1、节点选择策略节点选择是指根据不同的服务质量需求，选用不同的服务节点提供流媒体数据的策略。如果希望流媒体点播服务延迟时间短，可以选择网络距离临近的节点作为服务节点建立会话；如果局域网中节点能够提供所需的流媒体数据，那么就优先将局域网中这些节点选择为服务节点，这样可以避免互联网上流媒体数据无序传输所导致的网络拥塞；如果希望节点获得较高质量的流媒体点播服务，可以选择网络中上传带宽大，处理能力强的节点作为服务节点。总之，节点选择策略要计算候选服务节点传输流媒体数据到接受节点之间的“代价”，“代价”的计算可以综合考虑网络延迟，丢包率，带宽等因素。2、缓存管理机制缓存管理机制是指节点将一部分可能将要播放的数据提前下载到缓存文件中，需要某个数据块时首先在缓存文件中查找的方法。流媒体点播服务采用的典型缓存管理机制是“前缀-中继”方法。这种方法的主要思想是:节点缓存当前播放位置之后紧邻的流媒体数据块，当流媒体节目处在下一个播放位置时，节点需要的流媒体数据块已经存在于缓存中。一个流媒体数据块播放后，节点可以马上丢弃或者缓存它们一段时间。当其他节点请求某个流媒体数据块时，节点首先在自己缓存中查找，如果查找失败，节点则从点播网络中查找所需的流媒体数据。3、数据调度机制请求节点发起流媒体数据块请求查询时，如果网络中存在多个候选的节点向请求节点发送被请求的流媒体数据块，请求节点为了使自己获得最好的服务质量，它将按照设计的调度算法选择最优的流媒体数据提供给请求节点。一个较好的数据调度算法能在一定程度提高流媒体的服务质量。4、节点激励机制对等网络流媒体点播服务中，为了保证流媒体服务的高效与顺利的完成，网络中节点应该相互帮助，主动为其他节点提供流媒体服务，但是实际情况并非如此，对等网络中存在着大量的“搭便车”节点，它们在对等网络中只从其他节点下载流媒体数据，不为其他节点上传流媒体数据。这些节点“搭便车”行为严重影响了流媒体服务质量。因此，需要在对等网络中设计节点激励机制，来鼓励节点贡献它们的流媒体资源，同时提供该激励机制对网络中搭便车节点采取一定的抑制作用，以保证网络中流媒体点播服务的服务质量。虽然上述方法能够一定程度的提高流媒体点播的服务质量，但是由于网络的动态多变性，以及网络中节点行为的复杂性，目前的网络中节点“搭便车”抑制算法还存在很多问题，例如:无法及时发现“搭便车”节点，以及较好的激励节点贡献服务能力等。因此，为了满足用户日益增长的流媒体点播服务质量需求，需要设计一种有效的流媒体点播服务质量保证方法及其系统来满足互联网上流媒体点播服务中不断增长的服务质量需求。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服现有互联网上流媒体点播服务中节点“搭便车”行为所造成的流媒体点播服务质量差的问题，提供一种对等网络流媒体点播服务质量保证系统。本实用新型具有提高互联网上流媒体点播服务中服务质量，减少互联网上节点查询流媒体资源的时间的优点。本实用新型涉及的点播网络、流媒体资源数据分片、节点同心圆环路由表、节点信誉参数、节点服务质量值、节点服务响应方式、节点一致性评价值描述如下:1、点播网络点播网络包括:注册服务器、流媒体服务器、超级节点、普通节点四个部分。(I)注册服务器:负责记录和维护点播网络中节点。(2)流媒体服务器:负责对点播网络中节点提供流媒体资源。同时，当点播网络中节点查找所需流媒体数据失败时，流媒体服务器可以为它们提供所需流媒体数据。( 3 )普通节点:为点播网络中其他节点上传流媒体数据，从点播网络中其他下载流媒体数据，缓存与调度从点播网络其他节点下载的流媒体数据。每个普通节点都维护着一个同心圆环路由表，以方便它在点播网络中快速查找持有所需流媒体数据的节点。(4)超级节点:辅助注册服务器选择点播网络中在线稳定节点担当超级节点，同时维护与它具有一定网络距离的普通节点，超级节点与它具有一定网络距离的普通节点构成一个点播子网，称为“簇”。 I1、流媒体资源数据分片为了对流媒体资源进行分布式存储和分布式传输，需要对流媒体资源进行数据分片，每片流媒体数据片包含数据片头、数据片内容两个部分，具体描述如下所述:(I)数据片头，包含流媒体资源名称、数据片编号、数据片时间戳；(2)数据片内容，点播网络中流媒体资源被分割为若干大小相同数据片，每个数据片内容大小为8KB (千字节)，其中:1K=1024B (字节)，IB (字节)=8Bit (位)。每个流媒体资源的最后一个数据片内容大小的计算公式如下，其单位为“KB (千字节)”。最后一个数据片内容大小=流媒体资源大小除以8得到余数II 1、节点综合能力值点播网络中注册服务器监听节点的加入，当有节点想要加入点播网络时，注册服务器将该节点加入到网络距离最近的超级节点所在的簇中，同时由该超级节点维护该节点并初始化该节点的综合能力值，节点综合能力值计算公式如下:节点综合能力值=α X节点中央处理器计算能力+ β X节点内存大小+ Y X节点网络带宽+ Ψ X节点在线时间其中:节点中央处理器计算能力的单位是“千兆赫”，节点内存大小的单位是“千兆字节”，节点网络带宽的单位是“百兆字节”，节点在线时间的单位是“小时”；α，β, y,Ψ是权重系数，表示它们在节点综合能力值中所占的权重，它们的初始化分类是:α =0.3，β=0.2，Υ=0.3, Ψ=0.2，且α+β + Υ + ψ=1，超级节点的初始化综合能力值是100。IV、节点同心圆环路由表当节点加入到点播网络时，所维护的超级节点需要初始化节点同心圆环路由表，节点同心圆环路由表是链表结构，链表的每个单元存放20个节点信息，其中节点信息包括:节点IP地址、服务端口号、流媒体资源存储路径。链表中第i个单元存放与该节点点播距离为(1-1) X5至iX5的节点信息，点播距离是指服务节点播放时间与请求节点播时间之差的绝对值，其计算公式如下:请求节点与服务节点之间点播距离=|服务节点播放时间-请求节点播时间其中:请求节点与服务节点之间点播距离的单位是“秒”，如果服务节点播放的流媒体资源与请求节点播的流媒体资源不是同一个，那么请求节点与服务节点之间点播距离为无穷大。V、节点信誉参数请求节点查找到服务节点并向它发出流媒体服务请求后，服务节点需要根据请求节点的服务质量值为其提供对应的流媒体服务，节点信誉参数包括如下六项:(I)节点标识符:用于唯一标识点播网络中每一个节点，节点标识符初始化值是节点IP地址。(2)节点提供服务总数:节点在整个生存周期内为其他节点提供的流媒体服务总数，节点提供服务总数初始化值是O。(3)节点接受服务总数:节点在整个生存周期内接受其他节点的流媒体服务总数，节点接受服务总数初始化值是O。(4)节点上传流媒体数据量:节点在生存周期内为其他节点提供的流媒体数据总量，节点上传流媒体数据量初始化值是O。(5)节点下载流媒体数据量:节点在生存周期内接受的流媒体数据块总量，节点下载流媒体数据量初始化值是O。(6)节点反馈值:在一次流媒体服务完成后，如果是请求节点，该值是请求对服务节点完成的流媒体服务的满意反馈值；如果是服务节点，该值是服务节点对自身完成的流媒体服务的评价反馈值。反馈值的初始化值是0.5。V1、节点服务质量值每个节点都有一个服务质量值来衡量它对点播网络的贡献，节点的服务质量值与节点生存周期内的行为相关。节点 服务质量值越高表示节点对网络的贡献值越大，也就是它上传的流媒体资源越多；反之，它上传的流媒体资源越少。节点第一次加入点播网络时，它的初始化服务质量值为0.5，在第t时刻节点P服务质量值计算公式如下:
权利要求1.一种对等网络流媒体点播服务质量保证系统，其特征在于:包括顺序连接的节点加入模块、资源查找模块、服务响应模块和信息反馈模块。
2.根据权利要求1所述的对等网络流媒体点播服务质量保证系统，其特征在于: 节点加入模块由新节点加入点播网络某个簇、确定新节点是否能够成为本簇超级节点、注册服务器指派一个超级节点负责维护新节点、超级节点复制其路由表到新节点路由表中并初始化新节点的节点信誉参数的功能组成，节点加入模块负责一个新节点加入点播网络，并通过注册服务器指派一个超级节点维护新节点的路由表及其节点信誉参数； 资源查找模块由请求节点或超级节点成为最接近目的节点的查询节点、通过查询查询节点的路由表中查找目的节点、查询节点返回目的节点或查询失败信息给请求节点的功能组成，资源查找模块负责为请求节点通过查询节点查找到持有所需流媒体资源的目的节点，并通过查询节点反馈目的节点或查询失败信息给请求节点； 服务响应模块由请求节点向目的节点请求所需的流媒体数据、目的节点向超级节点查询请求节点的服务质量值、超级节点计算请求节点的服务质量值、超级节点裁决目的节点为请求节点提供何种服务、目的节点按裁决为请求节点提供相应服务的功能组成，服务响应模块负责通过超级节点裁决目的节点采用何种服务响应方式为请求节点提供何种类型的服务，并通过超级节点把最终的裁决服务响应方式通知目的节点，以便目的节点向请求提供相应的流媒体点播服务； 信息反馈模块由请求节点评估目的节点此次服务的满意度、目的节点评估自己此次服务的评价值、超级节点计算目的节点此次服务的一致性评价值、超级节点更新目的节点此次服务的反馈值的功能组成，信息反馈模块负责通过超级节点计算目的节点此次服务的一致性评价值，来评估目的节点向请求节点提供的服务好坏，以监督目的节点向请求节点提供的流媒体点播服务质量。
3.根据权利要求2所述的对等网络流媒体点播服务质量保证系统，其特征在于:所述的点播网络包括注册服务器、流媒体服务器、普通节点、超级节点，其具体内容如下: (1)注册服务器:负责记录和维护点播网络中节点； (2)流媒体服务器:负责对点播网络中节点提供流媒体资源，同时，当点播网络中节点查找所需流媒体数据失败时，流媒体服务器可以为它们提供所需流媒体数据； (3)普通节点:为点播网络中其他节点上传流媒体数据，从点播网络中其他下载流媒体数据，缓存与调度从点播网络其他节点下载的流媒体数据，每个普通节点都维护着一个同心圆环路由表，以方便它在点播网络中快速查找持有所需流媒体数据的节点； (4)超级节点:辅助注册服务器选择点播网络中在线稳定节点担当超级节点，同时维护与它具有一定网络距离的普通节点，超级节点与它具有一定网络距离的普通节点构成一个点播子网，称为“簇”。
4.根据权利要求3所述的对等网络流媒体点播服务质量保证系统，其特征在于:所述节点的同心圆环路由表是链表结构，链表的每个单元存放20个节点信息，其中节点信息包括:节点IP地址、服务端口号、流媒体资源存储路径，链表中第i个单元存放与该节点点播距离为(1-1) X5至iX5的节点信息。
专利摘要本实用新型公开了一种对等网络流媒体点播服务质量保证系统，该系统包括顺序连接的节点加入模块、资源查找模块、服务响应模块和信息反馈模块。首先，本实用新型采用区分服务的方式，针对互联网上点播网络中节点请求服务质量值，采用不同的流媒体服务类型对其服务请求进行响应处理，从而激励点播网络中节点尽最大努力为其他节点的流媒体服务请求提供服务，提高了点播网络中流媒体点播过程的服务质量，克服现有互联网上流媒体点播服务中节点“搭便车”行为所造成的服务质量差的问题；其次，本实用新型还提供了一种高效的对等网络流媒体点播服务资源查找方法，通过它使点播网络中请求节点快速查找到所需流媒体资源。
文档编号H04L29/06GK203027293SQ201220420680
公开日2013年6月26日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者黄桂敏, 周娅, 胡敏, 刘平山 申请人:桂林电子科技大学