本發(fā)明屬于信號(hào)處理與多媒體通信領(lǐng)域，具體涉及一種協(xié)同的基于p2p的vod的節(jié)點(diǎn)選擇策略。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著多媒體通信的發(fā)展，vod(videoondemand，視頻點(diǎn)播)為用戶(hù)提供了豐富的使用體驗(yàn)?；谟脩?hù)對(duì)qos(qualityofservice，服務(wù)質(zhì)量)要求的提高以及用戶(hù)量的增加，傳統(tǒng)c/s(client/server)模式的vod系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)在的需求。p2p(peer-to-peer)技術(shù)的興起，為vod系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用提供了可行的解決方案。

盡管如此，p2pvod系統(tǒng)的研究仍然有很多問(wèn)題亟待解決，如何提高系統(tǒng)的均衡性、節(jié)點(diǎn)選擇的公平性和提高頻譜資源的利用率都是重要的技術(shù)問(wèn)題。發(fā)明cn102984279a提出了一種cdn預(yù)先主動(dòng)選擇優(yōu)質(zhì)節(jié)點(diǎn)開(kāi)展優(yōu)化內(nèi)容分發(fā)服務(wù)的方法，該方案通過(guò)在覆蓋網(wǎng)中加入了一個(gè)放大層，使cdn服務(wù)器通過(guò)從對(duì)等節(jié)點(diǎn)得到的信息選擇一定數(shù)量?jī)?yōu)質(zhì)的節(jié)點(diǎn)作為放大層節(jié)點(diǎn)，從而把流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行更高效的傳播，一定程度上提高了啟動(dòng)延時(shí)、播放質(zhì)量以及播放延時(shí)的性能。發(fā)明cn103220553a公布了一種基于ipqam、p2p和iptv的視頻播送優(yōu)化系統(tǒng)，它將所有緩存器上的資源由區(qū)域資源映射模塊統(tǒng)一管理。發(fā)明cn103368903a提出了一種候選節(jié)點(diǎn)選取方法，它根據(jù)生存時(shí)間為請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)列表的peer選擇相應(yīng)的群中的peer作為候選節(jié)點(diǎn)，提高了p2pvod業(yè)務(wù)的播放質(zhì)量，降低peer的消息開(kāi)銷(xiāo)少。發(fā)明cn103297861a提出了一種基于peersim的p2p視頻點(diǎn)播仿真系統(tǒng)，它以開(kāi)源p2p仿真引擎peersim為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了p2pvod網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、p2pvod協(xié)議模型、仿真數(shù)據(jù)測(cè)算模型，并將最終的仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)圖形化工具進(jìn)行可視化輸出。發(fā)明cn104616171a公開(kāi)了一種歧視性第二價(jià)格拍賣(mài)在p2pvod激勵(lì)機(jī)制中的應(yīng)用方法，通過(guò)該策略，節(jié)點(diǎn)同時(shí)擔(dān)任兩種角色，既接受鄰居節(jié)點(diǎn)的競(jìng)標(biāo)，同時(shí)可以向其他節(jié)點(diǎn)提出競(jìng)標(biāo)。

但是以上專(zhuān)利文獻(xiàn)都沒(méi)有綜合考慮節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)能力、網(wǎng)絡(luò)距離、節(jié)點(diǎn)誠(chéng)實(shí)度和傳輸時(shí)延等因素，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)指標(biāo)性能的權(quán)衡，同時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)選擇策略，提高p2pvod系統(tǒng)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的基于p2pvod系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)選擇策略無(wú)法實(shí)現(xiàn)用戶(hù)期望的qos的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，考慮到影響系統(tǒng)qos的因素較為復(fù)雜，提出一種兩階段的基于p2p的vod的節(jié)點(diǎn)選擇策略。在第一階段，考慮提高頻譜利用率的因素，采用“注水法”的思想對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初步的篩選；第二階段，采用模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行最終的篩選，從而提高系統(tǒng)的qos。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種協(xié)同的基于p2p的vod的節(jié)點(diǎn)選擇方法，包括以下兩個(gè)階段：

第一階段、針對(duì)視頻利用率的因素，進(jìn)入目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，采用注水法的思想，并通過(guò)lagrangian算法進(jìn)行求解，具體過(guò)程如下：

step11.定義網(wǎng)絡(luò)中有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成節(jié)點(diǎn)集ν，同時(shí)，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重為wi，這里，wi為選擇因子，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)繁忙指數(shù)ξi，即所謂的節(jié)點(diǎn)頻譜利用系數(shù)，它可定義如下：

這里，bi代表第i個(gè)節(jié)點(diǎn)所能提供的上行帶寬，，bmax表示系統(tǒng)的最大帶寬，其為固定值，顯然，ξi越大，說(shuō)明該節(jié)點(diǎn)的頻譜利用率越高，視頻利用率越高；

step12.定義li為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)視頻速率，目標(biāo)是要根據(jù)ξi進(jìn)行視頻利用率排序，進(jìn)行初步的節(jié)點(diǎn)選擇策略，可得到優(yōu)化問(wèn)題如下：

step13.引入注水法，采用lagrangian算法優(yōu)化以上所述的目標(biāo)函數(shù)，

其中，λ為lagrangian算子，結(jié)合下列約束條件進(jìn)行尋優(yōu)，

得到初步節(jié)點(diǎn)選擇的優(yōu)化策略；

第二階段、采用模糊綜合評(píng)判體系進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選擇，其過(guò)程可描述如下：

step21.對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

這里，每隔固定時(shí)間進(jìn)行采樣，得到相應(yīng)指標(biāo)，xij代表第i個(gè)指標(biāo)在第j次采樣的樣本值，μj，sj分別代表所有樣值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

step22.得到因子矩陣：

step23.對(duì)第一階段篩選出來(lái)的節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)繁忙指數(shù)ξi，進(jìn)行歸一化處理

step24.對(duì)r進(jìn)行模糊變換，u為模糊輸入，v為模糊輸出，該關(guān)系可描述為

tr:f(u)→f(v)；

step25.最終得到評(píng)分函數(shù)如下，

這里，evaluation為評(píng)分函數(shù)，基于該函數(shù)，可以規(guī)定如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)的evaluation的值大于一定比例節(jié)點(diǎn)的evaluation的值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)將最終被選中進(jìn)行視頻傳輸；相反，達(dá)不到該指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)將在本次節(jié)點(diǎn)選擇中停止vod的相關(guān)功能。

進(jìn)一步，上述步驟22中所述的固定時(shí)間優(yōu)選為10分鐘。

步驟22中所述相應(yīng)指標(biāo)為節(jié)點(diǎn)在線(xiàn)時(shí)間、視頻傳輸時(shí)延、節(jié)點(diǎn)帶寬和節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。

作為優(yōu)選，步驟26中所述的一定比例為80％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1，本發(fā)明采用兩階段的節(jié)點(diǎn)選擇策略，有效考慮了多種因素，特別是通過(guò)第一階段對(duì)節(jié)點(diǎn)的初步篩選，能夠更加有效地利用了頻帶資源。

2，本發(fā)明引入模糊評(píng)判機(jī)制，綜合考慮了多種影響qos的因素，從而能夠更好地滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)p2pvod系統(tǒng)qos的需求。

附圖說(shuō)明

圖1為節(jié)點(diǎn)選擇策略流程圖。

圖2為第一階段節(jié)點(diǎn)選擇框架圖。

圖3為第二階段節(jié)點(diǎn)選擇算法流程圖。

圖4為算法性能測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明針對(duì)上述傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)選擇策略無(wú)法綜合考慮多種因素及提高qos的問(wèn)題，首先本發(fā)明通過(guò)“注水法”實(shí)現(xiàn)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的初步優(yōu)化，提高系統(tǒng)的帶寬利用率。接著，綜合考慮多種因素，采用隸屬函數(shù)打分的方法進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，得到最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)選擇策略。本發(fā)明在考慮到頻譜利用率的同時(shí)，還兼顧了qos性能提高。

基于圖2的框架，第一階段的節(jié)點(diǎn)初步優(yōu)化算法可描述如下：

step11.定義網(wǎng)絡(luò)中有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成節(jié)點(diǎn)集ν。同時(shí)，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重為wi。這里，wi為選擇因子。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)繁忙指數(shù)ξi，即所謂的節(jié)點(diǎn)頻譜利用系數(shù)，它可定義如下:

這里，bi代表第i個(gè)節(jié)點(diǎn)所能提供的上行帶寬，bmax表示系統(tǒng)的最大帶寬，其為固定值。顯然，ξi越大，說(shuō)明該節(jié)點(diǎn)的頻譜利用率越高，視頻利用率越高。

step12.定義li為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)視頻速率。我們的目標(biāo)是要根據(jù)ξi進(jìn)行視頻利用率排序，進(jìn)行初步的節(jié)點(diǎn)選擇策略，可得到優(yōu)化問(wèn)題如下：

step13.引入注水法，采用lagrangian算法優(yōu)化以上所述的目標(biāo)函數(shù)，

其中，λ為lagrangian算子。結(jié)合下列約束條件進(jìn)行尋優(yōu)，

這樣，就能得到初步節(jié)點(diǎn)選擇的優(yōu)化策略。這里，規(guī)定m為第一階段尋優(yōu)篩選出的節(jié)點(diǎn)總數(shù)。換句話(huà)說(shuō)，篩選出視頻利用率最高的總數(shù)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一步的節(jié)點(diǎn)選擇，以免浪費(fèi)不必要的頻譜資源。

通過(guò)第一階段的節(jié)點(diǎn)選擇策略，本策略實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻譜資源的有效利用。

接著，根據(jù)第一階段篩選出來(lái)的節(jié)點(diǎn)，采用模糊綜合評(píng)判理論進(jìn)行分析。在p2pvod系統(tǒng)中，影響用戶(hù)體驗(yàn)主要有節(jié)點(diǎn)在線(xiàn)時(shí)間、視頻傳輸時(shí)延、節(jié)點(diǎn)帶寬和節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，這些因素都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析軟件得到。

基于圖3的流程，該算法可描述如下：

step21.對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

這里，在一個(gè)小時(shí)的時(shí)間里，以10分鐘為一個(gè)采樣周期對(duì)相應(yīng)指標(biāo)(即節(jié)點(diǎn)在線(xiàn)時(shí)間、視頻傳輸時(shí)延、節(jié)點(diǎn)帶寬和節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間開(kāi)銷(xiāo))進(jìn)行6次采樣。。xij代表第i個(gè)指標(biāo)在第j次采樣的樣本值，μj，sj分別代表所有樣值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

step22.生成因子矩陣：

step23.對(duì)第一階段篩選出來(lái)的節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)繁忙指數(shù)ξi，進(jìn)行歸一化處理

step24.對(duì)r進(jìn)行模糊變換，u為模糊輸入，v為模糊輸出，該關(guān)系可描述為

tr:f(u)→f(v)；

step25.最終得到評(píng)分函數(shù)如下，

這里，evaluation為評(píng)分函數(shù)?；谠摵瘮?shù)，可以規(guī)定：當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的evaluation的值大于80％節(jié)點(diǎn)evaluation的值，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)將最終被選中進(jìn)行視頻傳輸。相反，達(dá)不到該指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)將在本次節(jié)點(diǎn)選擇中停止vod的相關(guān)功能。

實(shí)施例：

基于圖1所示的大框架，在一個(gè)100m*100m的區(qū)域內(nèi)，基于p2pvod系統(tǒng)布置100個(gè)節(jié)點(diǎn)，該系統(tǒng)總共有100個(gè)文件，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有其中5-10個(gè)文件，媒體播放速率300kbps，所有節(jié)點(diǎn)性能良好，上行帶寬上限為512kbps,節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布,視頻播放時(shí)長(zhǎng)為3600s，整個(gè)系統(tǒng)有100個(gè)媒體文件。

測(cè)試流程如下：

1.首先，該系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行三天，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)備，在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后采樣各種指標(biāo)。

2.運(yùn)用本發(fā)明提出的協(xié)同的基于p2p的vod的節(jié)點(diǎn)選擇策略進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選擇，并引入peersim仿真器和ns-2進(jìn)行分析。

3.由圖4可以看出，經(jīng)過(guò)本發(fā)明所提出的策略的尋優(yōu)，啟動(dòng)時(shí)延相對(duì)較低。之前的研究的啟動(dòng)時(shí)延都在10s以上，而本策略得出的啟動(dòng)時(shí)延小于8.5，且隨著請(qǐng)求率增加而減小，同時(shí)也比較穩(wěn)定。由此可以證明，本策略能夠?qū)崿F(xiàn)基于p2pvod的性能較好和魯棒性較好的節(jié)點(diǎn)選擇方案，提高p2pvod系統(tǒng)的qos。

需要說(shuō)明的是，上面的實(shí)施例為優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)于一些公知技術(shù)本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以采用其它代替方式實(shí)施；而且附圖部分僅是為了更具體的描述實(shí)施例，并不旨在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的限定，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。