使用网络编码的对等网络视频点播系统的资源调度优化和公平性研究

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1、万方数据来源，一类是同时在观看同一视频的节点(下文简称观看节点)，其次是并未观看但已缓存该视频的节点(下文简称为缓存节点)，最后就是服务器，在这个资源市场中，服务器资源对服务提供商来说成本高昂，而观看节点和缓存节点的成本可以忽略不计，为满足资源需求应优先使用成本低的资源供给。普通对等网络视频点播系统不能保证资源需求与供给的平衡，供给稀缺的视频的需求更多需要服务器满足，而供给过剩的视频浪费了一部分资源供给。特别是在用户需求变化较大的情况下此问题更为突出。如果能够解决资源分配的问题，另一个问题就是如何解决系统公平性缺失，用

2、户显现自私性而导致系统中可用资源总量变少的问题了。在自私用户极多的情况下，即使能够利用全部对等网络的资源，仍有大量的资源需求需要由服务器来满足。针对上述问题，本文的工作可以分为以下两个部分：1)第一部分的工作旨在解决资源如何调度的问题，在保证服务质量的前提下使得对等网络视频点播系统中的服务器资源消耗最小化。从资源调度的角度，就是要使得用户的需求尽量由对等网络系统中的节点来满足。具体地，从两个问题入手来实现服务器资源消耗的最小化。首先是调整资源调度策略，提高资源稀缺的视频的调度优先级；其次是调整节点的缓存策略，主要是主动

3、式缓存策略。2)第二部分的工作旨在解决激励节点贡献资源的问题。因为上述设计有效的前提是节点的配合，不论是资源调度策略还是主动缓存策略，如果用户是自私的，那么这些设计都将失效。故本文第二部分的工作是网络编码对系统性能的影响以及用户自私性的分析和相应激励机制的设计，提高系统的公平性，鼓励用户贡献资源并抑制自私用户的行为。1．3本文组织结构构。本文正文部分包括以下五章：第一章主要介绍本文的研究背景和本文的主要工作，并展示了本文的组织结第二章主要介绍对等网络视频点播系统和网络编码在其中的应用。另外，也详细的介绍了与本文相关的各

4、研究工作。第三章主要描述针对使用网络编码的对等网络视频点播系统的资源调度优6万方数据化。第四章主要阐述针对使用网络编码的对等网络视频点播系统的用户自私性研究和激励相关机制的设计。第五章对本文工作进行了总结和展望。7万方数据第二章相关技术和研究工作对等网络技术的兴起，始于1998年美国一个名为Napster的音乐文件共享系统的发布。用户自愿分享本地的音乐，而所有音乐文件的索引都存储在一个集中式的服务器上，用户要下载音乐时首先去搜索这个索引，由索引找到存储有该音乐的节点，接着就可以从相应的节点处进行下载。这种模式使得用户主

5、导信息传播，所以音乐文件传播的速度和广度都是惊人的。虽然Napster运行不久就因为版权问题而被迫关闭服务，但它让人看到了对等网络技术的大好前景。2000年以后，对等刚络技术在文件共享领域蓬勃发展，其中最具代表性的有两种：一种是以Emule为代表的结构化对等网络文件分享系统；另一种是以BitTorrent为代表的无结构化对等网络文件分享系统。它们的主要区别在于节点管理中Emule使用全分布式的结构化网络，而BitTorrent使用类似于Napster的集中式管理，存在一个集中式索引服务器，它们都大获成功。特别是在大于1

6、GB的大体积文件分享上，对等网络分享相对C／S架构的下载方式已经占据绝对优势。对等网络技术在文件分享应用中大获成功显示了它独有的优势。随着用户上行接入带宽的提升，业务特征为用户一用户的语音服务(如，Skype[2】)，业务特征为服务器。大量用户的视频直播和视频点播服务均相继引入对等网络技术。但这类业务与文件分享仅要求文件完整性的特点不同。首先是实时性的要求，过期而至的数据是无用的；其次是顺序性的要求，乱序到达的数据至少暂时是无用的。在下文中，作者针对本文研究对象对等网络视频点播系统进行分析。2．1对等网络视频点播系统简

7、介及其存在的问题2003年，由美国普渡大学的学者首先提出的GnuStream系统[3]是一个基于Gnutella[4】(一种使用洪泛方式的无结构的对等网络文件分享系统)的对等网络流媒体系统原型。此系统没能得到广泛应用，但是它让人们认识到了对等网络技术应用于视频点播系统是可行的。在对等网络视频点播系统中，系统工作的一般流程如下，对视频文件进行分段，节点周期性交换缓存数据的信息，节点根据其他节点的信息进行数据调度。如第一章所述，此过程涉及的问题主要有四个方面，内容发现与节点管理：缓存万方数据策略；节点自私性；调度策略。在下

8、文中，作者对这几方面分别进行介绍。在整个系统的数据传输层面的节点管理中，主要有两种架构，树状架构和网状架构。树状架构以其数据传输的低延迟，高效率，最早在对等网络视频直播系统中得到广泛应用。在早期的对等网络视频点播系统的设计中，受到视频直播系统设计的影响很大，不少视频点播系统都采用了在视频直播系统中得到良好应用的树结构，每个节点均从