[发明专利]基于性能分层的降低P2P直播系统播放延迟的方法

说明书

技术领域

本发明属于流媒体和分布式系统技术领域，具体涉及一种降低P2P直播系统中播放延迟的方法。

背景技术

如今，P2P流媒体已成为一种非常流行的媒体传播分发方案，许多研究机构持续在这一领域进行研究，很多公司也很注重对这一技术的使用和改进。P2P流媒体中的QoS问题是热门的研究方向。对于P2P 流媒体系统而言,由于节点的不稳定性以及节点能力的差异,使得 P2P 流媒体系统中的 QoS问题更加突出 ,也是 P2P流媒体系统研究的一大热点所在。比较突出的问题有播放连续度不高，特别是在在线人数很多的时候；频道切换时间过长，通常在十秒以上，导致用户满意度不高；直播系统的播放延时比较长，与电视等传统媒体相比有劣势。这几个问题如果不能很好地解决，将会严重影响到用户的使用体验。本发明的系统降低了P2P直播流媒体中播放延迟，改进了视频播放的连续度，提升了用户的体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能改进视频播放的连续度，提升用户体验的降低P2P直播流媒体中播放延迟方法。

目前P2P流媒体中存在主要问题有：比较长的初始播放缓冲延迟（选择频道点击播放后要等一段时间才能播放）和绝对播放延迟（与媒体源相比在播放进度上晚一段时间），还有播放连续读问题（在播放过程中卡壳）。播放延迟在本系统定义为数据块在流媒体服务器编码后到在客户端节点呈现到屏幕上这段时间差。

采用一定的计算方式对节点的活跃度进行计算，然后根据计算结果对节点进行分类评级操作。

本发明提供的降低P2P直播流媒体中播放延迟方法，首先，将节点进行活跃度计算和分级，根据节点的活跃度对节点进行覆盖网络拓扑构建操作, 活跃度高的节点将作为整个覆盖网络的骨干层，活跃度稍低的节点作为整个网络的次要骨干层，而其它节点作为一般节点存在。

在构建好覆盖网络之后，对不同的层次采用不同的调度机制,骨干层的节点性能优良，贡献大，获取数据的速度快，这些节点享有最低的播放延迟。而对次要骨干层，其播放延迟要大于骨干层的节点，以此类推。

本发明中，数据缓冲区根据功能需求分为两个区段：前向缓冲（前区）和后向缓冲（后区）,前向缓冲用于存储其它节点发送的即将播放的数据，后向缓冲用于存储已经播放的数据块，后向缓冲中的数据可以为那些播放延迟大于自己的节点服务。

本发明根据节点的上下行带宽、稳定性等性能表现，来计算节点活跃度并根据计算结果评定节点层级，然后，在分级后的节点中构建优化的覆盖网络拓扑结构。在这个过程中充分利用了高层级节点的丰富资源来改善系统性能，并给予这些高层级节点一定的奖励（低播放延迟）作为激励措施。节点的上下行带宽、在线时间和频道切换频率等方面是评定节点等级的重要参考因素。本发明构造一系列算法用于评定节点的活跃度等级，然后根据等级评定结果和位置信息来构建一个优化的拓扑结构，最后采用特定的播放延迟设定方案和缓冲区管理算法来达到降低系统平均播放延迟、提升用户体验的目的。

一、 节点活跃度计算

在P2P直播系统中，节点的上行带宽和在线时间长短（稳定性）是影响系统性能的重要因素，我们将这两个因素作为评定一个节点的层级的主要参考指标。本发明引入时间指数和速度指数这两个参数作为评级的参考依据。时间指数是根据节点的在线时间和一个节目总时长计算而得，反映了一个节点的稳定性。节点越稳定对系统造成的波动越少，系统进行自我调节的代价也越小，对整个系统的平稳运行越有利。如果稳定的节点拥有较高的上行带宽，则它对系统的贡献越大，因此，还考虑节点的上行带宽因素，即平均上传带宽，本发明将它命名为速度指数。具体的节点活跃度计算公式如下式所示。其中aIndex为节点活跃度值，cIndex为节点本次上线实时计算所得活跃度指数，hIndex为节点上次上线计算所得活跃度指数，timeIndex为节点的时间指数，speed为节点的速度指数。时间指数和速度指数分别用公式3、4和5计算而得，其中L为整个节目的时长，t为节目一播放的时长，S为节点的在线时间，r是视频码率，Quantity是节点在观看此节目期间的总上传数据量。

通过上面的计算可以看出，本发明不仅计算每次会话的节点的时间指标和速度指标，还将这些数据记录下来作为历史记录，下次计算节点的活跃度的时候本次会话和历史记录各占一定的比例。这样就充分考虑到了节点一贯表现，具有更强的可参考性。

二、 位置感知的基于节点活跃度的覆盖网络拓扑构建