王俊博 邢 凱

1(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院 江蘇 蘇州 215123)

2(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 安徽 合肥 230026)

基于Erasurecode的實(shí)時(shí)流媒體傳輸系統(tǒng)

王俊博1邢 凱2

1(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院 江蘇 蘇州 215123)

2(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 安徽 合肥 230026)

傳統(tǒng)的流媒體傳輸系統(tǒng)需要一定規(guī)模的服務(wù)器群和集中式的帶寬，在丟包問題中大部分采用丟包重傳，即帶ACK回執(zhí)和重傳的數(shù)據(jù)報(bào)文。提出一種新的容忍丟包和邊緣服務(wù)器的傳輸方式，基于Erasure code的可恢復(fù)性，實(shí)現(xiàn)容忍丟包的發(fā)送接收模型。采用邊緣計(jì)算的思想，將集中式的服務(wù)器群分散到任意主機(jī)上，通過動態(tài)地獲取服務(wù)端地址，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流分成多塊，經(jīng)由不連續(xù)的邊緣服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以降低對邊緣服務(wù)器的帶寬要求?？梢愿鶕?jù)邊緣服務(wù)器的服務(wù)能力的不同分配傳輸數(shù)據(jù)量，達(dá)到動態(tài)的負(fù)載均衡。同時(shí)該系統(tǒng)具備隱私保護(hù)的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)即使在較高丟包率和較差的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，仍然可以保證較低延遲的正常使用。

Erasure code 網(wǎng)絡(luò) 流媒體 實(shí)時(shí) 邊緣服務(wù)器 邊緣計(jì)算

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，實(shí)時(shí)流媒體的需求日漸增大，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，包括直播、視頻聊天、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療和電視電話會議等。根據(jù)中投顧問的報(bào)告[1]顯示，2015年中國網(wǎng)絡(luò)直播平臺用戶數(shù)量已經(jīng)達(dá)到2億。大型直播平臺每日高峰時(shí)段同時(shí)在線人數(shù)接近400萬。以720 p的分辨率需要使用1 024 Kbit/s的碼率為例，一個(gè)用戶每秒需要傳輸128 KB的數(shù)據(jù)，此時(shí)服務(wù)器每秒要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量高達(dá)488 GB(即3.9 TB的帶寬需求)。此數(shù)據(jù)還在不斷增大。實(shí)時(shí)流媒體性能主要體現(xiàn)在：編碼和壓縮性能、流服務(wù)器性能、數(shù)據(jù)流傳輸質(zhì)量三個(gè)方面。傳統(tǒng)的流媒體傳輸系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和帶寬的要求愈發(fā)苛刻，并且存在單一服務(wù)器傳輸速度較慢、需要的帶寬資源較大、對服務(wù)器群性能要求較高、P2P的傳輸方式丟包嚴(yán)重等問題。因而本文提出了一種利用Erasure code和Edge computing思想的解決方案，提高數(shù)據(jù)流傳輸速度，解決P2P的丟包問題，分治服務(wù)器帶寬需求，降低對服務(wù)器群的性能要求，同時(shí)保護(hù)使用者隱私。利用不連續(xù)的Edge service，保證實(shí)時(shí)流媒體穩(wěn)定傳輸?shù)南到y(tǒng)。

Erasure code是一種數(shù)據(jù)保護(hù)方法，它將數(shù)據(jù)分割成片段，把冗余數(shù)據(jù)塊擴(kuò)展、編碼，并將其存儲在不同的位置，比如磁盤、存儲節(jié)點(diǎn)或者其他地理位置[2]。該系統(tǒng)利用Erasure code冗余可恢復(fù)的性質(zhì)，將之利用在實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)中，用來實(shí)現(xiàn)丟包容忍。減少了丟包重傳的時(shí)間以及過程中的等待時(shí)間。同時(shí)可以在不中斷的情況下，切換服務(wù)端。Edge computing[5]是將計(jì)算應(yīng)用，數(shù)據(jù)和服務(wù)的前沿從集中式節(jié)點(diǎn)推向網(wǎng)絡(luò)的邏輯極端[6]。它使分析和知識生成能夠在數(shù)據(jù)源發(fā)生。邊緣應(yīng)用服務(wù)顯著減少必須移動的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)移動的距離[7-8]，從而減少傳輸成本，收縮延遲時(shí)間，以及提高服務(wù)質(zhì)量(QoS)[9]。本系統(tǒng)采用Edge service構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸模型。該流媒體傳輸系統(tǒng)摒棄傳統(tǒng)的單一服務(wù)器方式，采用Edge service，利用包括使用者和服務(wù)提供者在內(nèi)的整個(gè)傳輸系統(tǒng)的資源，降低對服務(wù)器的帶寬要求，并具有一定的隱私保護(hù)功能。

1 相關(guān)模型和概念介紹

1.1 Erasure code傳輸模型

傳統(tǒng)Erasure code多使用在云存儲上，多個(gè)分散的服務(wù)器分別存儲部分Erasure code處理后的數(shù)據(jù)。在使用時(shí)僅需要其中一部分就可還原出完整數(shù)據(jù)，即使部分?jǐn)?shù)據(jù)不可用或丟失，原始數(shù)據(jù)還是可以恢復(fù)的。本文將Erasure code的數(shù)據(jù)可恢復(fù)性利用到實(shí)時(shí)流媒體傳輸中，發(fā)送端將實(shí)時(shí)流媒體數(shù)據(jù)通過Erasure code過程后創(chuàng)建出m份冗余數(shù)據(jù)塊，其中k代表原始數(shù)據(jù)或符號的值。m代表生成的額外或冗余符號的值。如圖1所示。

圖1 Erasure code對流媒體數(shù)據(jù)的使用過程

將k+m份數(shù)據(jù)有選擇的分別發(fā)送k+m′份，接收端在收到其中任意k份數(shù)據(jù)時(shí)即可將原始數(shù)據(jù)還原。所以即使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定性較差，該模型也可以在m′/(k+m′)的容忍丟包率內(nèi)，保證正常使用。對于任一幀數(shù)據(jù)而言，收到k份數(shù)據(jù)即可正常使用，而無須將k+m′份全部接收，因而降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t。其中m′是根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中丟包率動態(tài)調(diào)整的，m滿足:m≥k(該系統(tǒng)取m=k)，m′滿足:m≥m′>δk/(1-δ)(其中δ實(shí)時(shí)丟包率)。

綜上，Erasure code傳輸模型是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中丟包率的變化，發(fā)送原始數(shù)據(jù)報(bào)文不同比例的新報(bào)文來保證流媒體正常工作的，因此較傳統(tǒng)傳輸模型而言，Erasure code傳輸模型會承載更多的數(shù)據(jù)報(bào)文。但是相對于一幀數(shù)據(jù)而言，減少了丟包重傳的延遲時(shí)間，提高了傳輸?shù)姆€(wěn)定性，降低了流媒體傳輸?shù)钠骄舆t。

1.2 Edge service組模型

Edge service組模型傳輸方式如圖2所示，發(fā)送端將Erasure code編碼后的數(shù)據(jù)報(bào)文分發(fā)給系統(tǒng)中多個(gè)不同的Edge service節(jié)點(diǎn)，由這些不同的Edge service節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給真正的接收端。其中多個(gè)不同的Edge service節(jié)點(diǎn)的選擇在2.2節(jié)中介紹。由于經(jīng)過Erasure code的數(shù)據(jù)之間是相對獨(dú)立且容忍丟包的。所以將數(shù)據(jù)由不連續(xù)的Edge service組轉(zhuǎn)發(fā)是被允許的。在傳輸過程中，可以動態(tài)地調(diào)整Edge service對象，減少非必要的數(shù)據(jù)量傳輸，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。以達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)延遲，分治網(wǎng)絡(luò)帶寬，實(shí)現(xiàn)更好的傳輸效果的目的。不同的Edge service切換過程中出現(xiàn)丟包的情況并不影響數(shù)據(jù)的完整性，適合于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以盡可能地利用網(wǎng)絡(luò)資源，將傳統(tǒng)單一服務(wù)器的負(fù)載分?jǐn)偟紼dge service組中。

圖2 Edge service組模型

Edge service組模型可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)由單一中轉(zhuǎn)服務(wù)器到多Edge service的轉(zhuǎn)變。有效地減少了服務(wù)器的帶寬和負(fù)載壓力，同時(shí)減少非必要的數(shù)據(jù)量傳輸，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，使得網(wǎng)絡(luò)延遲進(jìn)一步降低。如果采用n臺服務(wù)端構(gòu)成的服務(wù)端組，理論上網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲可以降低到原先的1/n。

較傳統(tǒng)服務(wù)器模型不同，Edge service組模型中一定數(shù)量Edge service的數(shù)據(jù)泄露并不影響數(shù)據(jù)的安全性，即不能得到原始數(shù)據(jù)，只有拿到某一客戶端對應(yīng)的Edge service組所有的數(shù)據(jù)才可以還原出原始的流媒體數(shù)據(jù)。所以Edge service組模型還對數(shù)據(jù)起到隱私保護(hù)的作用。

2 Edge service組動態(tài)建立協(xié)議

2.1 Edge service發(fā)現(xiàn)

由中央服務(wù)器維持一個(gè)服務(wù)端列表，用來保存當(dāng)前可以提供服務(wù)的Edge service的信息。在使用者登錄該系統(tǒng)的同時(shí)，將本地信息在服務(wù)端列表中進(jìn)行注冊或者更新。意味著在使用系統(tǒng)資源的同時(shí)，也為系統(tǒng)中其他使用者提供服務(wù)。具體服務(wù)提供依照服務(wù)能力的大小決定。若使用者退出系統(tǒng)，則將其在服務(wù)端列表中刪除，并通知使用其服務(wù)的其他使用者選擇新的Edge service。

為了避免因Edge service宕機(jī)導(dǎo)致的傳輸數(shù)據(jù)丟失和降低使用者的服務(wù)端替換率，服務(wù)端列表中的各個(gè)Edge service與中央服務(wù)端采用一個(gè)折中的頻率(該系統(tǒng)采用0.02 Hz)的心跳協(xié)議，兼顧了一定的實(shí)時(shí)性和較低的列表維護(hù)資源。

2.2 Edge service選擇

進(jìn)行流媒體傳輸前，由發(fā)送端向接收端發(fā)出請求，得到肯定答復(fù)后，通知中央服務(wù)器可以建立流媒體連接。此時(shí)，由中央服務(wù)端發(fā)送p×n臺Edge service地址信息給使用者(p為冗余倍數(shù)默認(rèn)為3，n為使用者需要的服務(wù)端臺數(shù))，并攜帶Edge service被使用次數(shù)u和其設(shè)備質(zhì)量參數(shù)λ。在使用者收到中央服務(wù)端發(fā)來的服務(wù)端信息后，使用者通過Ping命令測試本地與各個(gè)Edge service的連通，并統(tǒng)計(jì)響應(yīng)時(shí)間τ；然后對確認(rèn)連通的節(jié)點(diǎn)發(fā)送傳輸延遲檢查包(check包)經(jīng)由Edge service到對方，再從對方經(jīng)Edge service重新回到使用者。統(tǒng)計(jì)整個(gè)過程中的響應(yīng)時(shí)間t。再根據(jù)u和λ采用如下公式，計(jì)算出各自的order值：

(1)

摒棄掉不能連通或者丟包率持續(xù)較高或者超過丟包率閾值的Edge service節(jié)點(diǎn)，通過得到的order值從小到大對服務(wù)端列表排序，取前n位作為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸過程使用的Edge service組。

同時(shí)，客戶端采用一個(gè)折中的頻率(該系統(tǒng)采用0.003 Hz)對服務(wù)端列表重復(fù)上面的Edge service選擇過程，對服務(wù)端列表進(jìn)行更新。目的在于將多個(gè)Edge service同時(shí)不工作的可能性降到最低，保證流媒體的穩(wěn)定傳輸。

3 系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包括三部分：中央服務(wù)端、負(fù)責(zé)服務(wù)端和客戶端的登錄請求，保存服務(wù)端列表并統(tǒng)籌分配；Edge service，由系統(tǒng)默認(rèn)的提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的多臺服務(wù)器和系統(tǒng)使用者的客戶端組成，默認(rèn)服務(wù)器用來保證系統(tǒng)中客戶端較少時(shí)用戶的正常使用；客戶端，既是系統(tǒng)服務(wù)的使用者，也是系統(tǒng)服務(wù)端的提供者。Edge service和客戶端均認(rèn)為是節(jié)點(diǎn)。

客戶端和Edge service統(tǒng)一由中央服務(wù)端管理，其中包括登錄、退出、服務(wù)端分配、服務(wù)端下線通知等。中央服務(wù)器擁有備份服務(wù)器，保證中央服務(wù)器的穩(wěn)定工作。中央服務(wù)端只起到管理和調(diào)配作用，不涉及流媒體數(shù)據(jù)傳輸，所以對帶寬的需求不高。

Edge service作為流媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，負(fù)責(zé)將目的地址非本地的流媒體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。并與中央服務(wù)端維持固定頻率的心跳連接，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

客戶端作為系統(tǒng)服務(wù)的使用者，負(fù)責(zé)提供流媒體數(shù)據(jù)和接收流媒體數(shù)據(jù)。其中包括流媒體數(shù)據(jù)的采集、編碼、發(fā)送、接收、解碼、播放等過程，并通過2.2節(jié)中提到的服務(wù)端發(fā)現(xiàn)方式，選取和更改服務(wù)端地址。將流媒體數(shù)據(jù)發(fā)送給相對應(yīng)的服務(wù)端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。

相較于傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體通信系統(tǒng)。本文提出的系統(tǒng)沒有丟包重傳的機(jī)制，采用Erasure code這種可還原的快速編碼的方式，減少了丟包重傳帶來的網(wǎng)絡(luò)延遲。并且將數(shù)據(jù)通過Edge service組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)有效地利用系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)資源，適應(yīng)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。避免了單一服務(wù)器延遲過高導(dǎo)致實(shí)時(shí)通信中斷或者異常。提高了系統(tǒng)的QoS和用戶體驗(yàn)。同時(shí)降低了服務(wù)器端的負(fù)載，將原本的服務(wù)器集群的任務(wù)合理地分散到各個(gè)Edge service節(jié)點(diǎn)上。并且單個(gè)節(jié)點(diǎn)收到的流媒體數(shù)據(jù)都并非原始數(shù)據(jù)，更無法還原出真實(shí)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了對用戶隱私保護(hù)的功能。

3.2 數(shù)據(jù)編碼和分發(fā)過程

在流媒體通信雙方建立連接并選擇合適的Edge service組后，客戶端通過采集相應(yīng)設(shè)備的流媒體數(shù)據(jù)，并壓縮編碼(視頻采用H.264格式，音頻采用AAC格式)后，根據(jù)1.1節(jié)中描述的方式對數(shù)據(jù)做Erasure code 處理。參考當(dāng)前丟包率將原始的k份數(shù)據(jù)編碼成k+m′份數(shù)據(jù)，m′滿足:m≥m′>δk/(1-δ)(其中δ實(shí)時(shí)丟包率)。

由2.2節(jié)中Edge service的選擇得到動態(tài)的Edge service組，并按照Edge service組的順序?qū)+m′份新數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)。order值表示Edge service服務(wù)能力的強(qiáng)弱，根據(jù)order值順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)，可以使得負(fù)載更均衡，更有效地利用系統(tǒng)中的帶寬。若某一Edge service因某種不能正常使用，中央服務(wù)器會根據(jù)心跳包計(jì)數(shù)超時(shí)機(jī)制認(rèn)為其登出，并建議客戶端選擇新的Edge service進(jìn)行替換，在此過程中不會影響到流媒體的正常通信。

同時(shí)也將保護(hù)用戶隱私，若其中一臺或多臺Edge service遭到攻擊使得數(shù)據(jù)泄露，泄露的數(shù)據(jù)是不足以還原出原始數(shù)據(jù)，起到了隱私保護(hù)的作用。

3.3 節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)的處理

無論是Edge service還是客戶端，在收到數(shù)據(jù)后，首先根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文的報(bào)文頭，判斷目的節(jié)點(diǎn)是否是自己。若是，則表示該節(jié)點(diǎn)在此過程中為客戶端，使用系統(tǒng)服務(wù)。此時(shí)將數(shù)據(jù)放入消息緩沖區(qū)中，并通知對應(yīng)的工作線程處理數(shù)據(jù)，包括流媒體通信前的確認(rèn)信息，傳輸延遲檢查包的回復(fù)，流媒體數(shù)據(jù)的播放等。反之，表示該節(jié)點(diǎn)為Edge service端，目前在為系統(tǒng)中其他使用者提供服務(wù)。所以根據(jù)數(shù)據(jù)包攜帶的目的地址，將數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送到該目的地址。

3.4 系統(tǒng)魯棒性

中央服務(wù)器通過心跳機(jī)制維持與各個(gè)Edge service之間的連接，用來排查非正常退出的Edge service。同時(shí)客戶端每隔一段時(shí)間會對服務(wù)端列表進(jìn)行排序，用來選擇更合適的Edge service，降低正常使用過程中因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)異?；駿dge service異常掉線而導(dǎo)致的服務(wù)端替換率。

針對以上兩種方式不能及時(shí)排查的影響系統(tǒng)穩(wěn)定的不同情況進(jìn)行討論。首先是Edge service異常導(dǎo)致非正常退出，此時(shí)客戶端中該Edge service的丟包率會異常提升(丟包率的提升會使客戶端發(fā)送更多的數(shù)據(jù)，加劇該Edge service丟包率的提升)，客戶端通常會在1～2幀的數(shù)據(jù)內(nèi)將丟包率異常甄別出來，對該Edge service進(jìn)行動態(tài)替換。其次是Edge service帶寬使用受限，此種情況丟包率會緩慢增加，客戶端通常會在3～4幀數(shù)據(jù)內(nèi)將其甄別出來，替換成服務(wù)能力更好的Edge service。

3.5 系統(tǒng)隱私完整性

由于實(shí)時(shí)流媒體數(shù)據(jù)經(jīng)過Erasure code處理，所以單一的Edge service中的數(shù)據(jù)泄露，是不足以還原出原始數(shù)據(jù)的，只有拿到某客戶端對應(yīng)的Edge service組中超過ω(ω=m′/(k+m′))的Edge service的流媒體數(shù)據(jù)才可以還原出原始數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)狀況較好時(shí)ω≈1(k≥m′)，需要拿到Edge service組全部數(shù)據(jù)才可還原出原始數(shù)據(jù)。即便是網(wǎng)絡(luò)狀況不好時(shí)ω≈1/2(m′=m=k)，還原原始數(shù)據(jù)也需要拿到一半的Edge service組中數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)中，中央服務(wù)器分配使用者服務(wù)端列表的行為帶有隨機(jī)性。同樣使用者對Edge service的選擇也具備一定的實(shí)時(shí)性。除非獲取確切信息，否則不可能知道某一個(gè)使用者對應(yīng)的Edge service組成員。也就是說，只有獲取到整個(gè)系統(tǒng)中超過ω的Edge service的實(shí)時(shí)流媒體數(shù)據(jù)，才可以還原出某一個(gè)特定使用者的原始數(shù)據(jù)。

4 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的表現(xiàn)，本節(jié)通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和說明。實(shí)驗(yàn)環(huán)境是采樣率為640×480，使用H.264編碼格式，此種流媒體數(shù)據(jù)分為I、B、P三種幀結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)中服務(wù)器為華北地區(qū)的阿里云服務(wù)器ECS，源節(jié)點(diǎn)地址為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校園內(nèi)。以下實(shí)驗(yàn)均在同一時(shí)間段進(jìn)行，可以忽略不同時(shí)間段網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響。

4.1 Erasure code傳輸延遲分析

通過使用Erasure code實(shí)現(xiàn)容忍延遲的網(wǎng)絡(luò)傳輸模型與傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸模型作對比。統(tǒng)計(jì)了兩種傳輸模型中發(fā)送端H.264編碼后到接收端播放前的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀平均網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲是238.107 234 272 ms。使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀的平均網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲是107.073 214 516 ms。較傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型而言，平均網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲降低了55.03%。

統(tǒng)計(jì)了兩種傳輸模型中實(shí)時(shí)流媒體數(shù)據(jù)從發(fā)送端攝像頭采集到接收端播放器播放的整個(gè)過程延遲。如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀平均播放延遲是485.190 139 84 ms。使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀的平均播放延遲是317.919 507 757 ms，已可以將延遲控制在500 ms以內(nèi)。較傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型而言，平均播放延遲降低了34.47%，相對于每幀數(shù)據(jù)而言，幀延遲平均降低了28.70%。

4.2 Edge service組延遲與帶寬分析

使用Edge service組和單一服務(wù)器進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中使用由3臺非本地的個(gè)人電腦組成的Edge service組。統(tǒng)計(jì)了僅使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型和使用該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。如圖5所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，僅使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀平均網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲是107.073 214 516 ms。使用該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀的平均網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲是81.753 202 451 6 ms。較僅使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型而言，平均網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲降低了23.65%，較傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體模型網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲降低了65.67%。

統(tǒng)計(jì)僅使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型和使用該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的播放延遲。如圖6所示。

圖6 使用該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型和使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的播放延遲對比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，僅使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀平均播放延遲是317.919 507 757 ms。使用該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型的數(shù)據(jù)幀的平均播放延遲是179.739 083 112 ms。較僅使用Erasure code的實(shí)時(shí)流媒體傳輸模型而言，平均網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲降低了43.46%。較傳統(tǒng)實(shí)時(shí)流媒體模型網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲降低了62.95%。

5 結(jié) 語

本文在傳統(tǒng)流媒體傳輸?shù)幕A(chǔ)上提出了容忍丟包的概念，減少了因丟包重傳帶來的數(shù)據(jù)延遲。同時(shí)采用Edge service組的策略，降低服務(wù)器帶寬壓力，進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，有效利用系統(tǒng)使用者的剩余帶寬。解決了單一服務(wù)器帶寬需求較高的問題。即使在較惡劣網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，仍可以保證實(shí)時(shí)穩(wěn)定的流媒體傳輸。

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REAL-TIMESTREAMINGMEDIATRANSMISSIONSYSTEMBASEDONERASURECODE

Wang Junbo1Xing Kai2

1(SchoolofSoftwareEngineering,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Suzhou215123,Jiangsu,China)2(SchoolofComputerScienceandTechnology,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230026,Anhui,China)

The traditional streaming media transmission system needs a certain scale of the server group and centralized bandwidth. Most of the packet loss problem adopts retransmission, namely data packets with ACK receipt and retransmission. This paper proposes a new way to packet loss tolerance and edge server transmission. Based on the recoverability of erasure code, the transmission and reception model of packet loss tolerance was realized. This model uses the idea of edge computing to distribute the centralized server cluster to any host. First, real-time data stream was divided into several blocks by dynamically obtaining the service address. It is then forwarded via a discontinuous edge server to reduce bandwidth requirements for the edge server. Next, the system can dynamically allocate the amount of data according to different service capabilities of the edge server to achieve dynamic load balancing. Meanwhile, the system has the function of privacy protection. The results we obtained demonstrate that the system can guarantee the normal use of low latency even under the condition of high packet loss rate and poor network environment.

Erasure code Network Media streaming Real-time Edge Service Edge Computing

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.10.037

2016-11-25。國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目(61332004)。王俊博，碩士生，主研領(lǐng)域：網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。邢凱，副教授。