李良賓

1、媒體的資源定位

對(duì)于實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較高的流媒體服務(wù)而言。媒體資源的定位至關(guān)重要。怎樣快速地找到可以為自己提供數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，怎樣獲取性能較好的節(jié)點(diǎn)，都是影響流媒體質(zhì)量的關(guān)鍵?；?P2P 的流媒體的資源定位方式顯然取決于P2P 網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)型。目前主要P2P 網(wǎng)絡(luò)的文件定位方式主要有集中目錄式、洪泛式、DHT 等幾類(lèi)。

集中目錄式是指節(jié)點(diǎn)對(duì)于文件的請(qǐng)求都會(huì)發(fā)送到個(gè)請(qǐng)求給中央目錄服務(wù)器。目錄服務(wù)器存儲(chǔ)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的索引信息。目錄服務(wù)器收到請(qǐng)求后返回?fù)碛性撐募墓?jié)點(diǎn)信息位（如IP地址等）。請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)收到回復(fù)后選擇其中節(jié)點(diǎn)單獨(dú)建立連接。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。目前國(guó)內(nèi)非常成功的流媒體軟件PPLive 和PPStream 都采用了這種方式。它的缺點(diǎn)是中央服務(wù)器的癱瘓容易導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰?？煽啃院桶踩暂^低。而且隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大。對(duì)中央索引服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)和更新的費(fèi)用將急劇增加。所需成本過(guò)高。

2、節(jié)點(diǎn)選擇

2.1面向系統(tǒng)健壯性與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡性的節(jié)點(diǎn)選擇

這類(lèi)方法主要出現(xiàn)在該領(lǐng)域的早期研究中。隨機(jī)選擇策略和Round-Robin 循環(huán)策略是主要代表。這類(lèi)方法的優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議簡(jiǎn)單，能夠保持系統(tǒng)的健壯性和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡性。隨機(jī)選擇策略是指從可選節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇一個(gè)或者幾個(gè)節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。Round-Robin 循環(huán)策略是指將可選的節(jié)點(diǎn)排列到一個(gè)列表中，請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)選擇列表頭的節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，選中后節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到列表尾，這兩種策略都可以保持系統(tǒng)的平衡狀態(tài)。

2.2面向流服務(wù)質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)選擇

這類(lèi)方法的目標(biāo)是提高系統(tǒng)性體的流服務(wù)質(zhì)量，是目前P2P 流媒體系統(tǒng)主要采用的方法。對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制得到鄰居節(jié)點(diǎn)集合，與鄰居節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)得到媒體流。鄰居節(jié)點(diǎn)的能力和它們之間連接鏈路的性能，極大程度地影響了節(jié)點(diǎn)獲取流服務(wù)的質(zhì)量。該類(lèi)力一法綜合考慮候選節(jié)點(diǎn)的性能差異，以及候選節(jié)點(diǎn)和請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)之間的性能關(guān)系，所選的性能參數(shù)主要有帶寬、延遲、丟失率等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以及自定義參數(shù)。

2.3面向系統(tǒng)健壯性與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡性的節(jié)點(diǎn)選擇

這類(lèi)方法是從P2P 系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性體產(chǎn)生的影響進(jìn)行考慮。對(duì)于性體的網(wǎng)絡(luò)，觀看同一個(gè)頻道的節(jié)點(diǎn)及其彼此之間的拓?fù)潢P(guān)系組成一個(gè)應(yīng)用層上的覆蓋網(wǎng)。節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制將決定覆蓋網(wǎng)的構(gòu)造方式和數(shù)據(jù)的分發(fā)方式，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的穿越骨干網(wǎng)流量和對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。ISP （Internet Service Provider）調(diào)查報(bào)告指出P2P 系統(tǒng)中70%-90%是穿越骨干網(wǎng)的傳輸，國(guó)際出口帶寬的年增長(zhǎng)高達(dá)159.2%，導(dǎo)致它們必須限制P2P 的網(wǎng)絡(luò)流量以控制成本。P2P 系統(tǒng)需要從自身進(jìn)行改進(jìn)，緩解與ISP 服務(wù)提供商之間的沖突，而節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制是對(duì)此改進(jìn)有決定性影響的核心模塊。

3、容錯(cuò)機(jī)制

由于P2P 流媒體系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性，正在提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)離開(kāi)系統(tǒng)，傳輸鏈路也可能因擁塞而失效。為了保證接受服務(wù)的連續(xù)性，必須采取一些容錯(cuò)機(jī)制使系統(tǒng)的服務(wù)能力不受影響或盡快恢復(fù)。

對(duì)于節(jié)點(diǎn)失效的問(wèn)題，可以采取主備用節(jié)點(diǎn)的方式容錯(cuò)。在選擇發(fā)送節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選擇多個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，其中某個(gè)節(jié)點(diǎn)（集）作為活動(dòng)節(jié)點(diǎn)（集），其余節(jié)點(diǎn)則作為備用節(jié)點(diǎn)。當(dāng)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)則由備用節(jié)點(diǎn)繼續(xù)提供服務(wù)。值得研究的問(wèn)題是如何快速有效地檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的失效，以及如何保證在主備用節(jié)點(diǎn)切換的過(guò)程中流媒體服務(wù)的連續(xù)性。流媒體服務(wù)的實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，因此節(jié)點(diǎn)的故障檢測(cè)時(shí)間應(yīng)盡可能短，才能保證服務(wù)不中斷。目前有大量關(guān)于如何縮短故障檢測(cè)時(shí)間的研究，大都是采用軟狀態(tài)協(xié)議詢問(wèn)節(jié)點(diǎn)的存在，需要考慮詢問(wèn)頻度與詢問(wèn)消息開(kāi)銷(xiāo)之間的折衷。

數(shù)據(jù)的編碼技術(shù)也可以提供系統(tǒng)的容錯(cuò)性，如前向錯(cuò)誤編碼（FEC）[13]和多描述編碼（MDC）。FEC 通過(guò)給壓縮后的媒體碼流加上一定的冗余信息來(lái)有效地提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性，而MDC 的基本思想是對(duì)同一媒體流的內(nèi)容采用多種方式進(jìn)行描述，每一種描述都可以單獨(dú)解碼并獲得可以接受的解碼質(zhì)量，多個(gè)描述方式結(jié)合起來(lái)可以使解碼質(zhì)量得到增強(qiáng)。這兩種編碼都能適應(yīng)客戶異構(gòu)性的特點(diǎn)，客戶可以根據(jù)自己的能力選擇收取多少數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。此外，將FEC 和MDC 結(jié)合，能取得更好的容錯(cuò)效果。

4、激勵(lì)機(jī)制

4.1給予信譽(yù)的激勵(lì)機(jī)制

基于信譽(yù)的激勵(lì)機(jī)制的重點(diǎn)是嘗試將用戶的QoS 和用戶給系統(tǒng)作出貢獻(xiàn)的程度相結(jié)合。對(duì)等點(diǎn)較好的行為將回報(bào)以較高的下載速度，獲取更多的內(nèi)容，對(duì)新鮮內(nèi)容的較高優(yōu)先級(jí)等。

一個(gè)自然的選擇是Bit-for-Bit 方案，這里對(duì)等點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)僅和其發(fā)送數(shù)據(jù)一樣多。這種方案由于其簡(jiǎn)單性和公平性而被CoopNet和SplitStream采用。

優(yōu)于Bit-for-Bit 策略，Habib 等人設(shè)計(jì)了一種基于分?jǐn)?shù)的鼓勵(lì)用戶貢獻(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)資源的激勵(lì)機(jī)制，提供貢獻(xiàn)和收益之間的間接映射。其主要思想是：記錄每個(gè)節(jié)點(diǎn)給其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)并對(duì)應(yīng)為一定的分值，這個(gè)分?jǐn)?shù)用來(lái)決定該用戶在系統(tǒng)中所有用戶中的級(jí)別。

4.2基于市場(chǎng)模型的激勵(lì)機(jī)制

有很多定量研究網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)或參與程度的方法，一個(gè)普遍采用的方法是使用某種代幣。在這種基于市場(chǎng)模型的方案中，用戶賺取系統(tǒng)特定的貨幣（currencies）用于補(bǔ)償服務(wù)，如mojo或karma。

4.3給予懲罰的激勵(lì)機(jī)制

隨著當(dāng)今ISP通常采用扁平的定價(jià)模型到逐漸增加的數(shù)據(jù)內(nèi)容存取驅(qū)使ISP采用分級(jí)的定價(jià)方案以及無(wú)線熱點(diǎn)增值導(dǎo)致移動(dòng)設(shè)備的大量接入，使得在這樣的網(wǎng)絡(luò)中很難期待用戶的利他行為。因此，設(shè)計(jì)即使所有用戶都自私的情況下也能工作很好的P2P 系統(tǒng)是很重要的。

基于以上考慮，一個(gè)用于給大量自私節(jié)點(diǎn)分發(fā)內(nèi)容的廣域P2P 組播協(xié)議-EquiCast被提出，它將系統(tǒng)建模為一個(gè)非協(xié)作博弈，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)是在最小化自己的發(fā)送速率的同時(shí)收到所有的組播包。

EquiCast 通過(guò)兩種機(jī)制強(qiáng)制節(jié)點(diǎn)協(xié)作。首先是監(jiān)控機(jī)制，每個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控其鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)送速率，并維護(hù)自己和N 個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)之間的平衡，根據(jù)該平衡決定給鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)包或中止連接。第二個(gè)機(jī)制是每連接的懲罰機(jī)制，在鄰居節(jié)點(diǎn)有負(fù)平衡的每個(gè)周期從鄰居節(jié)點(diǎn)收取一個(gè)額外的懲罰包。因此，無(wú)論何時(shí)只要可能節(jié)點(diǎn)就被激勵(lì)獲得非負(fù)平衡。

4.4給予社會(huì)福利的激勵(lì)機(jī)制

為了容納想加入而無(wú)法加入的資源匱乏的節(jié)點(diǎn)，獲得帶寬資源重分配的有效性和公平性，Chu等人特定了一個(gè)發(fā)布者依據(jù)稅收調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)貢獻(xiàn)帶寬和接收帶寬的賦稅博弈，可以看作發(fā)布者強(qiáng)制參與節(jié)點(diǎn)上稅。社會(huì)福利（即所有節(jié)點(diǎn)的匯聚效用）通過(guò)財(cái)富（個(gè)人利益即接收數(shù)據(jù)率）的重新分配被改善了。

該模型適用于流媒體環(huán)境是因?yàn)橐曨l流的發(fā)布者有強(qiáng)制節(jié)點(diǎn)納稅的手段和最大化總社會(huì)福利的意愿。相對(duì)于其他以代幣為基礎(chǔ)的激勵(lì)機(jī)制或以信譽(yù)為基礎(chǔ)的激勵(lì)機(jī)制，賦稅提供了貢獻(xiàn)和收益間的直接映射，而前兩種提供了間接映射。采用賦稅方案避免了維護(hù)持續(xù)狀態(tài)的開(kāi)銷(xiāo)和安全脆弱性。