一种基于网络编码的p2p模式推送调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于网络编码的P2P模式推送调度方法，特征在于，包含模式推送分配过程和网络编码包的分配过程。本发明在网状拓扑上实现推送机制，通过预估节点的可用数据包的到达时间，为节点分配合理的数据包发送序列；结合网络编码，利用节点的剩余带宽传输网络编码包，充分利用了节点带宽，并且降低丢包率，降低了系统的播放时延。
【专利说明】—种基于网络编码的P2P模式推送调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字家庭【技术领域】，具体涉及一种基于网络编码的P2P模式推送调度方法。
【背景技术】
[0002]P2P技术的迅速发展为流媒体应用提供了新的方向，深刻地变革着人们的生活娱乐体验。但是流媒体应用具有传输数据量大、传输持续时间长等特点，对P2P技术提出了新的挑战:如何克服自身的动态性、异构性问题，在有限的时间、有闲的带宽内为用户更优质的服务？考虑节点的可用带宽、可用内容，从不同的节点获取不同的内容即调度问题，这是P2P流媒体技术的关键。
[0003]目前，比较成熟的流媒体应用大多采用Pull数据传输机制，这种设计实现简单，但是节点之间需要定期地交换缓存映像和明确的请求应答，浪费了带宽，耗费了时间。这对实时性要求非常高的流媒体直播而言，是不可接受的。而Push机制按照既定规则主动地向邻居节点推送数据，减少数据包的等待时间，有效地降低了播放时延。本方法是构建在Push机制的基础上，通过估算父节点的预到达数据包，为父节点分配最优的推送模式，有效地降低了调度时延。
[0004]但是良好的调度设计是远远不够的。在流媒体数据包调度过程中，各种不稳定因素如网络的动态性、链路的差异性等，带宽的不足、数据包的丢失等问题依然困扰P2P流媒体的发展。为此，本方法引入网络编码的方法，利用模式推送的计算过程中剩余的带宽来传输网络编码包，既提高了带宽的利用率，又降低了丢包修复时延。
[0005]目前P2P流媒体调度方法大致可以分为四类:基于树的推方法、基于网的拉方法、混合推拉方法。
[0006]基于树的推方法的典型代表有SplitStream，加入网络的节点组建成一棵或者多棵多播树，作为根节点的源服务器把数据分豁成流，并将其沿着树干推送给下游子节点。
[0007]典型的基于网的拉方法有Chainsaw方法和DONet方法等，网络中的节点均是随机地组成网状结构，每个节点都有一个邻居节点集。Chainsaw方法随机地从邻居节点中选择一个作为父节点，并向它发送数据请求，父节点收到请求后作出应答，传送子节点所需要的数据。与Chainsaw不同的是，DONet则采用最少优先的原则，它优先选择剩余带宽最大的节点作为父节点。
[0008]鉴于推和拉的缺点，有些学者提出了推拉相结合的数据调度方法。混合推拉算法继承了推和拉算法的优点，在网络中有计划地使用推送调度和拉取调度，从而更加充分利用各自的优势，实现更高效的调度，其代表微软研究院的mTreebone方案和清华大学的GridMedia 方案等。
[0009]R2方法在网状拓扑上推送数据包，它首先使用随机网络编码对原始数据包编码，将编码数据包随机地推送给下游节点。
[0010]基于树的推方法由于不需要频繁的缓存交换，在静态的环境下数据的传输非常高效，但是动态环境下树形拓扑的维护成本较高，下游节点的资源利用率相对偏低，整个网络的负载不均衡。基于网的拉方法简单高效，为目前大多数主流应用所采用，但是其频繁的控制消息互换导致其时延开销大，而且Chainsaw和DONet都可能无法有效地修复丢失的数据包，在视频直播中性能提升有限。混合“推拉”方法设计非常复杂，不易部署。R2算法的随机策略带来一些数据冗余，并且R2不提供有效的丢包修复机制。
【发明内容】
[0011]针对现有P2P流媒体调度方案的不足，本发明的目的在于提供一种基于网络编码的P2P模式推送调度方法，从而提高系统吞吐率和带宽利用率，降低播放时延，改善用户播放体验。
[0012]本发明实施例提供了一种基于网络编码的P2P模式推送调度方法，包含模式推送分配过程和网络编码包的分配过程。
[0013]所述模式推送分配过程具体为:
[0014]计算父节点的推送模式的长度；
[0015]估算父节点在传输周期T内发送的数据包达到时间；
[0016]根据父节点数据包的预达到时间进行排序，生成数据包调度序列；
[0017]为父节点生成推送模式。
[0018]所述网络编码包的分配过程具体为:
[0019]父节点根据子节点分配的模式，采用随机网络编码对模式段内的数据包进行线性组合处理，生成足够的编码包。
[0020]所述网络编码包的分配过程还包括:判断网络变动是否超过阈值，若网络变动超过阈值，则子节点会重新计算模式，保证数据包的正常调度。
[0021]本发明具有如下有益效果，在网状拓扑上实现推送机制，通过预估节点的可用数据包的到达时间，为节点分配合理的数据包发送序列；结合网络编码，利用节点的剩余带宽传输网络编码包，充分利用了节点带宽，并且降低丢包率，降低了系统的播放时延。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0023]图1是本发明实施例中的父节点与子节点之间数据包和模式的传输过程图；
[0024]图2示出了本发明实施例中的基于网络编码的P2P模式推送调度方法流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。[0026]图1描绘父节点与子节点之间数据包和模式的传输过程，本发明基于网络编码的P2P模式推送调度方法包含两个过程，模式分配过程和网络编码包分配过程。
[0027]其中模式分配过程如下。
[0028](1)计算推送模式的长度L。
[0029]对于任意节点，其父节点i e P的带宽Bi存在差异性，为了计算的需要，我们将其量化为标准带宽Bi,最大公约数为η,令I^i = BiAi代表父节点在一个模式内传输的数据包
比例，那么模式的总长度为
【权利要求】
1.一种基于网络编码的P2P模式推送调度方法，特征在于，包含模式推送分配过程和网络编码包的分配过程。
2.根据权利要求1所述的基于网络编码的P2P模式推送调度方法，特征在于:所述模式推送分配过程具体为: 计算父节点的推送模式的长度； 估算父节点在传输周期T内发送的数据包达到时间； 根据父节点数据包的预达到时间进行排序，生成数据包调度序列； 为父节点生成推送模式。
3.根据权利要求1所述的基于网络编码的P2P模式推送调度方法，特征在于，所述网络编码包的分配过程具体为: 父节点根据子节点分配的模式，采用随机网络编码对模式段内的数据包进行线性组合处理，生成足够的编码包。
4.根据权利要求1所述的基于网络编码的P2P模式推送调度方法，特征在于，所述网络编码包的分配过程还包括:判断网络变动是否超过阈值，若网络变动超过阈值，则子节点会重新计算模式，保证数据包的正常调度。
【文档编号】H04L1/00GK103873561SQ201410056851
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】罗笑南, 冯玉财, 郑贵锋, 薛凯军, 罗微晓 申请人:东莞中山大学研究院, 中山大学