本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于流媒體直播系統(tǒng)的對等網(wǎng)絡(luò)p2p(peertopeer)構(gòu)建方法。本發(fā)明提出的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法用于流媒體直播系統(tǒng)中流媒體數(shù)據(jù)的分發(fā)。

背景技術(shù)：

相比于傳統(tǒng)的c/s(客戶端/服務(wù)器)模式，p2p模式的顯著特點是：每個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中具有相同的地位，在接受其他節(jié)點服務(wù)的同時，也向其他節(jié)點提供服務(wù)。流媒體直播系統(tǒng)采用p2p模式，可以有效減小服務(wù)器的壓力，降低運營成本。

p2p網(wǎng)絡(luò)按照有無固定拓撲結(jié)構(gòu)，可以分為兩類：結(jié)構(gòu)化(structured)的p2p網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)和非結(jié)構(gòu)化(unstructured)的p2p網(wǎng)絡(luò)。在結(jié)構(gòu)化p2p網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點之間有穩(wěn)定的父子關(guān)系，相對靠近內(nèi)容源的父節(jié)點將媒體流直接推送給子節(jié)點。由于預(yù)先有比較明確的數(shù)據(jù)傳輸路徑，這類系統(tǒng)具有時延小的優(yōu)點，缺點是在節(jié)點頻繁加入/退出的環(huán)境下需要大量的信令開銷用以維持拓撲，對動態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性不好。在非結(jié)構(gòu)化p2p網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點以一部分節(jié)點作為鄰居，鄰居節(jié)點之間互相通告自己持有的內(nèi)容，如果鄰居節(jié)點持有的內(nèi)容是自己需要的，就顯式地請求該內(nèi)容。每個節(jié)點都有多個能獲取流媒體數(shù)據(jù)的鄰居，即使某個鄰居退出，也不會過多的影響它的播放質(zhì)量，因此這類系統(tǒng)對節(jié)點頻繁加入/退出的環(huán)境具有很強的適應(yīng)性，而它的缺點是每次獲取數(shù)據(jù)前需主動向鄰居請求，相比于結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)，具有較大的時延。

z.jianming,y.nianmin,c.shaobin,l.xiang在其發(fā)表的論文“tree-meshbasedp2pstreamingdatadistributionscheme”(knowledgediscoveryanddataminingadvancesinintelligentandsoftcomputing,vol.135,pp77-83,2012)提出一種混合結(jié)構(gòu)p2p的組網(wǎng)方法。該方法綜合了基于分發(fā)樹的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)和基于網(wǎng)的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，其關(guān)鍵在于為節(jié)點劃分自治域，位于同一自治域的節(jié)點組成分發(fā)樹，不同自治域之間的節(jié)點組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分發(fā)樹內(nèi)的節(jié)點采用推的方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而不同自治域間節(jié)點之間采用拉的方式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。這種方法在降低數(shù)據(jù)傳輸時延的同時也解決了因節(jié)點頻繁加入/退出造成的性能下降問題。但是，該方法仍然存在的不足之處是，不同自治域之間節(jié)點基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，采用拉的方式獲取數(shù)據(jù)，依然存在著較大的時延。

北京郵電大學(xué)在其申請的專利文獻“基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹形cdn-p2p融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及方法”(公開號cn104660677a,申請?zhí)?01510021631.6)公開了一種基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的樹形cdn-p2p融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及方法。該方法利用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)cdn服務(wù)器構(gòu)成系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)，每個內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)cdn服務(wù)器向網(wǎng)絡(luò)中的一部分節(jié)點提供流媒體數(shù)據(jù)，節(jié)點之間以p2p的方式構(gòu)成邊緣網(wǎng)絡(luò)，在整體保持樹狀網(wǎng)絡(luò)拓撲的前提下，上下層的節(jié)點之間形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。該方法能夠?qū)⒘髅襟w服務(wù)器的內(nèi)容迅速分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)邊緣，減小在主干網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時延。但是，該方法仍然存在的不足之處是，單個內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)cdn服務(wù)器的的負載過高，導(dǎo)致較大的成本開銷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于流媒體直播系統(tǒng)的p2p網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法。本發(fā)明針對流媒體直播系統(tǒng)的低時延要求的特點，考慮到p2p網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點，同時充分利用加入流媒體直播系統(tǒng)節(jié)點的上傳帶寬信息，來減少流媒體數(shù)據(jù)在節(jié)點間的傳輸時延。

本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的具體思路是，根據(jù)節(jié)點的上傳帶寬大小將節(jié)點劃分不同的層次，上傳帶寬越大的節(jié)點越靠近直播源，對應(yīng)層次標號越小。從節(jié)點層次的角度觀察，整個系統(tǒng)構(gòu)成一棵直播樹，加速流媒體數(shù)據(jù)在節(jié)點間的傳輸；每層內(nèi)部的節(jié)點之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)節(jié)點頻繁加入/退出的環(huán)境。

本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的步驟包括如下：

(1)初始化系統(tǒng)參數(shù)：

(1a)將待加入系統(tǒng)節(jié)點的獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點個數(shù)的下限和上限分別初始化為2和10；

(1b)將流媒體數(shù)據(jù)塊的大小初始化為一個視頻幀的大??；

(2)節(jié)點發(fā)出請求：

(2a)為流媒體直播系統(tǒng)提供直播節(jié)目的內(nèi)容源節(jié)點，向流媒體直播系統(tǒng)發(fā)出成為直播源的請求；

(2b)從流媒體直播系統(tǒng)獲取直播節(jié)目的普通節(jié)點，向流媒體直播系統(tǒng)發(fā)出成為接收者的請求；

(3)響應(yīng)內(nèi)容源節(jié)點的請求：

(3a)流媒體直播系統(tǒng)將接收到的請求中的直播節(jié)目信息添加到直播節(jié)目列表中；

(3b)流媒體直播系統(tǒng)將接收到的請求中的內(nèi)容源節(jié)點信息添加到已注冊節(jié)點列表中；

(3c)流媒體直播系統(tǒng)利用提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)計算公式，計算內(nèi)容源節(jié)點最多能提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)；

(4)判斷已注冊節(jié)點列表中是否存有當(dāng)前普通節(jié)點，若有，則執(zhí)行步驟(6)，否則，執(zhí)行步驟(5)；

(5)響應(yīng)當(dāng)前普通節(jié)點的請求：

(5a)流媒體直播系統(tǒng)將請求中的當(dāng)前普通節(jié)點信息添加到已注冊節(jié)點列表中；

(5b)流媒體直播系統(tǒng)向當(dāng)前普通節(jié)點發(fā)送直播節(jié)目列表；

(5c)流媒體直播系統(tǒng)利用提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)計算公式，計算當(dāng)前普通節(jié)點最多能提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)；

(5d)流媒體直播系統(tǒng)利用獲取流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)計算公式，計算當(dāng)前普通節(jié)點最多能獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)；

(6)分配提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點：

(6a)將已注冊節(jié)點列表中的所有節(jié)點劃分層次，將內(nèi)容源節(jié)點作為第0層，將提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點個數(shù)最大的普通節(jié)點作為第1層，將提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點個數(shù)第二大的普通節(jié)點作為第2層，依此把所有的節(jié)點排列成n層；

(6b)建立一個用來存放為當(dāng)前普通節(jié)點提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點集合m，將節(jié)點集合初始化為空，將當(dāng)前層次初始化為0；

(6c)建立一個用來存放當(dāng)前層次節(jié)點的集合n；

(6d)尋找該層次中提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)未達到最大值的所有節(jié)點，將找到的所有節(jié)點存到節(jié)點集合n中；

(6e)判斷節(jié)點集合n是否為空，若是，將當(dāng)前層次數(shù)加1后執(zhí)行步驟(6h)，否則，執(zhí)行步驟(6f)；

(6f)從節(jié)點集合n中移出任意一個節(jié)點存到節(jié)點集合m中；

(6g)判斷節(jié)點集合m中節(jié)點的個數(shù)是等于集合上限，若是，則執(zhí)行步驟(9)，否則，執(zhí)行步驟(6e)；

(6h)判斷當(dāng)前層次的值是否大于當(dāng)前節(jié)點所在層數(shù)，若是，則執(zhí)行步驟(7)，否則執(zhí)行步驟(6d)；

(7)判斷節(jié)點集合m中的節(jié)點個數(shù)是否小于2，若是，則執(zhí)行步驟(8)，否則，執(zhí)行步驟(9)：

(8)調(diào)整已注冊節(jié)點的鄰居關(guān)系：

(8a)建立一個用來存放節(jié)點對的節(jié)點對集合z，將集合初始化為空；

(8b)將當(dāng)前層次賦值為當(dāng)前節(jié)點所在的層數(shù)；

(8c)尋找當(dāng)前層次中提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點中存在層數(shù)大于當(dāng)前節(jié)點所在層數(shù)的所有節(jié)點，將找到的每一個節(jié)點和它的任意一個獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點組成的節(jié)點對存到節(jié)點對集合z中；

(8d)判斷節(jié)點對集合z是否為空，若是，則將當(dāng)前層次減1后執(zhí)行步驟(8g)，否則，執(zhí)行步驟(8e)；

(8e)從節(jié)點對集合z中取出任意一個節(jié)點對，將所取出的節(jié)點對中提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點存到節(jié)點集合m中，將當(dāng)前節(jié)點變成為節(jié)點對中另一個節(jié)點提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點，斷開節(jié)點對中兩個節(jié)點的聯(lián)系；

(8f)判斷節(jié)點集合m中的節(jié)點個數(shù)是否為2，若是，則執(zhí)行步驟(9)，否則執(zhí)行步驟(8d)；

(8g)判斷當(dāng)前層次是否小于0，若是，則執(zhí)行步驟(9)，否則執(zhí)行(8c)；

(9)完成p2p網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建：

將節(jié)點集合m中的節(jié)點變成當(dāng)前普通節(jié)點獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點，將當(dāng)前普通節(jié)點加入基于流媒體直播系統(tǒng)的p2p網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

第1，本發(fā)明充分考慮流媒體直播系統(tǒng)的特點，利用加入流媒體直播系統(tǒng)節(jié)點的上傳帶寬信息，將已注冊的節(jié)點劃分層次，使得上傳帶寬越大的節(jié)點越靠近直播源，克服了現(xiàn)有技術(shù)流媒體數(shù)據(jù)從直播源到達節(jié)點的時延較大的問題，使得本發(fā)明具有了流媒體數(shù)據(jù)從直播源到達節(jié)點的時延較小的優(yōu)點。

第2，本發(fā)明合理利用每個節(jié)點上傳帶寬的最大值，使每個節(jié)點下載數(shù)據(jù)的同時，根據(jù)自己上傳帶寬的上限，盡最大能力為其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)流媒體數(shù)據(jù)，分擔(dān)服務(wù)器的壓力，克服了現(xiàn)有技術(shù)服務(wù)器負載過高，造成較大成本開銷的問題，使得本發(fā)明具有低服務(wù)器負載，部署成本低的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是本發(fā)明為節(jié)點分配提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點的流程圖；

圖3是本發(fā)明調(diào)整已注冊節(jié)點的鄰居關(guān)系的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

參照附圖1，本發(fā)明的具體步驟詳細描述如下。

步驟1，初始化系統(tǒng)參數(shù)。

將待加入系統(tǒng)節(jié)點的獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點個數(shù)的下限和上限分別初始化為2和10。

將流媒體數(shù)據(jù)塊的大小初始化為一個視頻幀的大小。

步驟2，節(jié)點發(fā)出請求。

為流媒體直播系統(tǒng)提供直播節(jié)目的內(nèi)容源節(jié)點，向流媒體直播系統(tǒng)發(fā)出成為直播源的請求。

從流媒體直播系統(tǒng)獲取直播節(jié)目的普通節(jié)點，向流媒體直播系統(tǒng)發(fā)出成為接收者的請求。

步驟3，響應(yīng)內(nèi)容源節(jié)點的請求。

流媒體直播系統(tǒng)將接收到的的請求中的直播節(jié)目信息添加到直播節(jié)目列表中，這個列表供待加入的普通節(jié)點選擇系統(tǒng)能夠提供的節(jié)目，選擇直播節(jié)目也就是選擇能提供該直播節(jié)目的內(nèi)容源節(jié)點。

流媒體直播系統(tǒng)將請求中包含的內(nèi)容源節(jié)點信息添加到已注冊節(jié)點列表中。

利用提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)計算公式，計算內(nèi)容源節(jié)點最多能提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)。所述的節(jié)點數(shù)計算公式如下：

其中，p表示根據(jù)自身上傳帶寬的大小，節(jié)點最多能提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)，u表示節(jié)點上傳帶寬的大小，c表示流媒體數(shù)據(jù)塊的大小。

步驟4，判斷已注冊節(jié)點列表中是否存有當(dāng)前普通節(jié)點，即當(dāng)前節(jié)點是不是第一次發(fā)出請求。若有，則執(zhí)行步驟6，否則，執(zhí)行步驟5。

步驟5，響應(yīng)當(dāng)前普通節(jié)點的請求。

流媒體直播系統(tǒng)將發(fā)出請求的當(dāng)前普通節(jié)點添加到已注冊節(jié)點列表中。

流媒體直播系統(tǒng)向當(dāng)前普通節(jié)點發(fā)送直播節(jié)目列表，當(dāng)普通節(jié)點根據(jù)直播節(jié)目列表做出選擇后，會再次向系統(tǒng)發(fā)出請求，請求中攜帶有內(nèi)容源節(jié)點的信息。

利用提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)計算公式，計算當(dāng)前普通節(jié)點最多能提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)。所述的節(jié)點數(shù)計算公式如下：

其中，p表示根據(jù)自身上傳帶寬的大小，節(jié)點最多能提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)，u表示節(jié)點上傳帶寬的大小，c表示流媒體數(shù)據(jù)塊的大小。

利用獲取流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點數(shù)計算公式，計算當(dāng)前普通節(jié)點最多能獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)。所述的節(jié)點數(shù)計算公式如下：

其中，a表示根據(jù)自身下載帶寬的大小，當(dāng)前普通節(jié)點最多能獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)，d表示節(jié)點下載帶寬的大小，c表示流媒體數(shù)據(jù)塊的大小。

步驟6，分配提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點。

參照附圖2，對分配提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點的過程進行詳細描述。

第一步，劃分節(jié)點層次。

將已注冊節(jié)點列表中的所有節(jié)點劃分層次，將內(nèi)容源節(jié)點作為第0層，將提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點個數(shù)最大的普通節(jié)點作為第1層，將提供流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點個數(shù)第二大的普通節(jié)點作為第2層，依此把所有的節(jié)點排列成n層。劃分層次的結(jié)果使得具有較大的上傳帶寬的節(jié)點更靠近內(nèi)容源，能夠為更多的節(jié)點迅速轉(zhuǎn)發(fā)流媒體數(shù)據(jù)。

第二步，初始化。

建立一個用來存放為當(dāng)前普通節(jié)點提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點集合m，將節(jié)點集合初始化為空，定義當(dāng)前層次為正在操作的層次，將當(dāng)前層次初始化為0。建立一個用來存放當(dāng)前層次中，提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)未達到最大值的節(jié)點的集合n。

第三步，尋找符合條件的節(jié)點。

遍歷當(dāng)前層次的節(jié)點，尋找該層中提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)未達到最大值，即具有剩余服務(wù)能力的所有節(jié)點，將找到的所有節(jié)點存到集合n中。

第四步，判斷該層是否有符合條件的節(jié)點。

判斷集合n是否為空，若是，則執(zhí)行第六步，否則，執(zhí)行第五步。

第五步，移動節(jié)點。

從集合n中移出任意一個節(jié)點存到集合m中。

第六步，檢查集合m的節(jié)點個數(shù)。

判斷集合m中節(jié)點的個數(shù)是等于集合上限，若是，則執(zhí)行步驟9，否則，執(zhí)行第四步。所述的集合上限為節(jié)點集合m能存放節(jié)點個數(shù)的最大值，節(jié)點上限的值為該節(jié)點多能獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)和10之間的最小值。集合上限存在的意義在于，避免因為節(jié)點下載帶寬太小導(dǎo)致為它提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)量過少，影響播放流媒體性能；也不因為節(jié)點下載帶寬太大導(dǎo)致為它提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點數(shù)量過多，造成節(jié)點的冗余。

第六步，遍歷下一層節(jié)點。

將當(dāng)前層次數(shù)加1，準備遍歷下一層的節(jié)點。

第七步，檢查當(dāng)前層數(shù)。

因為為當(dāng)前節(jié)點尋找節(jié)點只在上傳帶寬大于它的節(jié)點中進行，因此，判斷當(dāng)前層次的值是否大于當(dāng)前節(jié)點所在層數(shù)，若是，則執(zhí)行步驟7，否則執(zhí)行第三步。

步驟7，判斷集合m中的節(jié)點個數(shù)是否小于2，若是，則執(zhí)行步驟8，否則，執(zhí)行步驟9。

步驟8，調(diào)整已注冊節(jié)點的鄰居關(guān)系。

參照附圖3，對調(diào)整已注冊節(jié)點的鄰居關(guān)系的過程進行詳細描述。

第一步，初始化。

建立一個用來存放節(jié)點對的集合z，將集合初始化為空。將當(dāng)前層次賦值為當(dāng)前節(jié)點所在的層數(shù)。

第二步，尋找符合條件的節(jié)點對。

遍歷當(dāng)前層次的節(jié)點，尋找該層中提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點中存在層數(shù)大于當(dāng)前節(jié)點所在層數(shù)的所有節(jié)點。從層次的角度看，就是提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點和獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點分列當(dāng)前節(jié)點兩側(cè)。將找到的每一個節(jié)點和它的任意一個獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點組成的節(jié)點對存到集合z中。

第三步，判斷該層是否有符合條件的節(jié)點對。

判斷集合z是否為空，若是，則將當(dāng)前層次減1后執(zhí)行第六步，否則，執(zhí)行步驟第四步。

第四步，調(diào)整節(jié)點對的鄰居關(guān)系。

從集合z中取出任意一個節(jié)點對，將所取出的節(jié)點對中提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點存到集合m中，將當(dāng)前節(jié)點變成為節(jié)點對中另一個節(jié)點提供流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點斷開節(jié)點對中兩個節(jié)點的聯(lián)系。這樣做的結(jié)果使得當(dāng)前節(jié)點獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點個數(shù)增加1，而又減少其他節(jié)點獲取流媒體數(shù)據(jù)節(jié)點的個數(shù)。

第五步，檢查集合m的節(jié)點個數(shù)。

判斷集合m中的節(jié)點個數(shù)是否為2，若是，則執(zhí)行步驟9，否則執(zhí)行第三步。

第六步，檢查當(dāng)前層數(shù)。

判斷當(dāng)前層次是否小于0，若是，則執(zhí)行步驟9，否則執(zhí)行第二步。

步驟9，完成p2p網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

將集合m中的節(jié)點變成當(dāng)前普通節(jié)點獲取流媒體數(shù)據(jù)的節(jié)點，將當(dāng)前普通節(jié)點加入基于流媒體直播系統(tǒng)的p2p網(wǎng)絡(luò)。