Download - P2P 流媒体系统的若干关键属性的优化 方案
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李振华
指导教师:陈贵海 教授
南京大学计算机科学与技术系
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提纲
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研究意义• 2008年 1月 17 日中国互联网发展状况统计报告 中国内地网民观看网络视频的几种主要方式中,通过
P2P 流媒体下载软件的比率达到 29.91% ,接近三分之一!
• 学术界 SIGCOMM’07 :微软研究院(华人 1、 2 作)
SIGCOMM’08: PPLive 公司 + 香港中文大学(华人 all )Rank1: INFOCOM、 ICNP、 ICDCS、……Rank2: IPDPS、 ICPP、 NOSSDAV、……
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概念• 功能分类:
实时播放( Live Streaming )点播( VoD, Video on Demand )
• 工作方式分类:
树状多播 网状多播(基于 Gossip协议)
Source
XSource
X
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比较• 网状多播已成为 P2P 流媒体的主流
基于树状多播的 P2P流媒体系统 基于 Gossip协议的 P2P流媒体系统
拓扑结构 树状 网状,无固定形状邻居数目 子结点数,或子结点数 +1 不确定,通常有一上限传播方式 父节点传播给其子结点 邻居间按需传播容错性 单点失效,容错性低 灵活健壮,容错性高多余数据 无 有带宽利用 利用率低 利用率高适用环境 静态或低动态网络 高动态网络系统规模 中、小规模 大规模发展情况 逐渐被淘汰 领域主流
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P2P 流媒体系统的属性
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关键属性• 选取依据
1 、直接影响用户体验, 2 、或对系统性能至关重要,3 、可优化空间大, 4 、优化涉及到的人为因素少
• 关键属性播放连续度、启动时延、源切换时延、系统容错性、可扩展性。
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本文的工作
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背景与动机• Gossip 多播的固有缺陷:随机性、不确定性• 前人工作多从优化数据调度算法着手• 光优化数据调度算法是不够的!
I want data d urgently!
We do not have data d L
I want data d urgently!
I used to have d but ...L
I want data d urgently!
I have d but no enough bandwidth ... L
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我们的工作
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ContinuStreaming 系统架构
P2P Overlay Manager
Data Scheduler
Rate ControllerBuffer
VoD Data Backup
Display
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数据预取:紧迫界限机制• 动态预测• 自适应调整
Urgent Line
Buffer
Missed data segments
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性能评价• 播放连续度从 80% 左右提升到 95% 左右
(左图),额外开销低于 4% (右图)。
100 500 1000 2000 4000 80000.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Total number of overlay nodes
Pla
yba
ck C
on
tinu
ity
CoolStreaming
ContinuStreaming
100 500 1000 2000 4000 80000
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
Total number of overlay nodes
Pre
-fe
tch
ove
rhe
ad
Static environment
Dynamic environment
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背景• 多个媒体发布源,串行工作
S1
S2
S1
S2
S1
S2
(a) S1 streaming (b) The switch phase from S1 to S2
(c) S2 streaming
-- Data segments from the old source: S1
-- Data segments from the new source: S2
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动机• 同样的带宽,不同的源切换算法,源切换
时间不同1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7
1 6 7 2 8 9 3
Available data segments of S1
Available data segments of S2
Fast switch algorithm
Normal switch algorithm
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我们的工作
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过程建模Q1
Q2
Qs
S1
S2
T2
T1 T1'
the end of S1
playQ
finish the playback of S1
start the playback of S2
play
play
'
'
12
2
22
11
1
11
21
TT
I
QT
p
QTT
I
QT
III
优化目标:最小化 T2
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快速源切换算法N1
o1
N2
o2
N3
o3
N4
o4
I
I1 I2
O=O1+O2
'
'
,
12
2
22
11
1
11
2211
21
TT
I
QT
p
QTT
I
QT
OIOI
III
优化目标:最小化 T2
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快速源切换算法• 相比传统源切换算法,源切换时间减少 20-30% ,
额外开销没有增加
100 500 1000 2000 4000 80000
10
20
30
Ave
rag
e s
witc
h ti
me
Normal switch algorithm
Fast switch algorithm
100 500 1000 2000 4000 80000
0.1
0.2
0.3
0.4
Total number of overlay nodes
Re
du
ctio
n r
atio
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背景与动机• 底层覆盖网对 P2P 流媒体系统的至关重要性:只
要覆盖网分割,流媒体系统就陷于中断• 底层覆盖网拓扑关键点的存在:割点 分点
C
7
6
5
C
1
2
3
4
D
>TTL>TTL
C
C
1
2
3
4
5
6
7
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我们的工作
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分点定义• 定位可达分点
≤TTL
3
2
14
≤TTL ≤TTL
>TTL
3
2
1
4
C
7
6
5
C
2
3
4
1
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分点检测
6
7
C
C
15
2
3
4Msg_ResponseMsg_Init
6
7
C
C
15
2
3
4Msg_Probe
7
5
3
1
6
7
C
C
15
2
3
4
1
7
5
3
1Msg_Probe
6
7
C
C
15
2
3
4 Msg_Arrival
5,71,36
7
C
C
15
2
3
4
Yes!
7
C
C
1
5
3
( 0)网络初始状态 ( 1)启动检测 ( 2a)探测可达性 I
( 2b)探测可达性 II ( 3)收集可达关系 ( 4)划分子集、判定分点
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性能评价
0 T=5 T=10 T=20 T=500
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
覆盖网被分割时失效的结点数
不 采取任何措施(TTL=4)做分点避免(TTL=3)做分点避免
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
失效结点数
查询成功率
TTL=3 T=10系统容错性提升( , )
不采取任何措施做分点避免
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总结 (1)• Book: Guihai Chen and Zhenhua Li. Peer-to-Peer Network: Structure, Application and
Design (《对等网络:结构、应用与设计》 ). Tsinghua University Press, Sep. 2007. About 400K characters in Chinese.
• Journal Paper: • Huan Chen, Guihai Chen, Zhenhua Li and Xiaomei Cao. A Market Model based Reputation
management Mechanism for Peer-to-Peer Networks. Accepted by Journal of Chinese Computer Systems (《小型微型计算机系统》 ) 2008, in Chinese with English abstract.
• Ruifeng Yuan, Zhenhua Li and Guihai Chen. Enhancing Overlay's Performance with Virtual Node Switch Mechanism. Accepted by Computer Science (《计算机科学》 ) 2008, in Chinese with English abstract.
• Zhenhua Li, Guihai Chen and Tongqing Qiu. Partition Node: the Topologically Critical Nodes of Unstructured P2P Network. Accepted by Chinese Journal of Software (《软件学报》 ) 2007, in Chinese with English abstract.
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总结 (2)• Conference Paper: • Zhenhua Li, Jiannong Cao, Guihai Chen and Yan Liu. Fast Source Switching for Gossip-based Peer-to-
Peer Streaming. The 37th International Conference on Parallel Processing (ICPP 2008), September 8-12, 2008 in Portland Oregon, USA.
• Zhenhua Li, Jiannong Cao and Guihai Chen. ContinuStreaming: Achieving High Playback Continuity of Gossip-based Peer-to-Peer Streaming. The 22nd IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS 2008), April 14-18, 2008 in Miami Florida, USA.
• Zhenhua Li and Guihai Chen. Detecting and Reducing Partition Nodes in Limited-routing-hop Overlay Networks. The 6th International Conference on Grid and Cooperative Computing (GCC 2007), pages 19-25, August 16-18, 2007 in Urumchi, Xinjiang, China.
• Junfeng Xie, Zhenhua Li and Guihai Chen. A Semantic Overlay Network for Unstructured Peer-to-Peer Protocols. The 13th International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS 2007), pages 1-8, December 5-7, 2007 in Hsinchu, Taiwan.
• Zhiyu Liu, Ruifeng Yuan, Zhenhua Li, Hongxing Li and Guihai Chen. Survive under High Churn in Structured P2P Systems: Evaluation and Strategy. Lecture Notes in Computer Science (Proceedings of ICCS 2006), Volume 3994, pages 404-411, May 28-31, 2006 in Reading, UK.
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展望• 展望
1 、实时系统的研究趋于成熟, P2P 点播系统的研究非常有价值: SIGCOMM’07/08 的两篇论文都是关于 P2P 点播系统2、 P2P 流媒体系统的多个属性间关系的研究3、 P2P 流媒体领域的研究空间仍然很大,并非某些学者认为的“大势已去”、“穷途末路”。
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谢谢!
感谢各位参与答辩的老师和同学!