流媒体技术在教育应用中的建议

李良宾

1、媒体的资源定位

对于实时性要求相对较高的流媒体服务而言。媒体资源的定位至关重要。怎样快速地找到可以为自己提供数据的节点，怎样获取性能较好的节点，都是影响流媒体质量的关键。基于 P2P 的流媒体的资源定位方式显然取决于P2P 网络的类型。目前主要P2P 网络的文件定位方式主要有集中目录式、洪泛式、DHT 等几类。

集中目录式是指节点对于文件的请求都会发送到个请求给中央目录服务器。目录服务器存储了整个网络的索引信息。目录服务器收到请求后返回拥有该文件的节点信息位（如IP地址等）。请求节点收到回复后选择其中节点单独建立连接。这种方法的优点是实现简单。目前国内非常成功的流媒体软件PPLive 和PPStream 都采用了这种方式。它的缺点是中央服务器的瘫痪容易导致整个网络的崩溃。可靠性和安全性较低。而且随着网络规模的扩大。对中央索引服务器进行维护和更新的费用将急剧增加。所需成本过高。

2、节点选择

2.1面向系统健壮性与网络负载均衡性的节点选择

这类方法主要出现在该领域的早期研究中。随机选择策略和Round-Robin 循环策略是主要代表。这类方法的优点是协议简单，能够保持系统的健壮性和网络负载均衡性。随机选择策略是指从可选节点中随机选择一个或者几个节点作为目标节点。Round-Robin 循环策略是指将可选的节点排列到一个列表中，请求节点选择列表头的节点作为目标节点，选中后节点移动到列表尾，这两种策略都可以保持系统的平衡状态。

2.2面向流服务质量的节点选择

这类方法的目标是提高系统性体的流服务质量，是目前P2P 流媒体系统主要采用的方法。对于每个节点，通过节点选择机制得到邻居节点集合，与邻居节点交换数据得到媒体流。邻居节点的能力和它们之间连接链路的性能，极大程度地影响了节点获取流服务的质量。该类力一法综合考虑候选节点的性能差异，以及候选节点和请求节点之间的性能关系，所选的性能参数主要有带宽、延迟、丢失率等网络参数，以及自定义参数。

2.3面向系统健壮性与网络负载均衡性的节点选择

这类方法是从P2P 系统对网络性体产生的影响进行考虑。对于性体的网络，观看同一个频道的节点及其彼此之间的拓扑关系组成一个应用层上的覆盖网。节点选择机制将决定覆盖网的构造方式和数据的分发方式，从而影响整个系统的穿越骨干网流量和对底层网络资源的利用率。ISP （Internet Service Provider）调查报告指出P2P 系统中70%-90%是穿越骨干网的传输，国际出口带宽的年增长高达159.2%，导致它们必须限制P2P 的网络流量以控制成本。P2P 系统需要从自身进行改进，缓解与ISP 服务提供商之间的冲突，而节点选择机制是对此改进有决定性影响的核心模块。

3、容错机制

由于P2P 流媒体系统中节点的动态性，正在提供服务的节点可能会离开系统，传输链路也可能因拥塞而失效。为了保证接受服务的连续性，必须采取一些容错机制使系统的服务能力不受影响或尽快恢复。

对于节点失效的问题，可以采取主备用节点的方式容错。在选择发送节点时，应选择多个服务节点，其中某个节点（集）作为活动节点（集），其余节点则作为备用节点。当活动节点失效时则由备用节点继续提供服务。值得研究的问题是如何快速有效地检测节点的失效，以及如何保证在主备用节点切换的过程中流媒体服务的连续性。流媒体服务的实时性较强，因此节点的故障检测时间应尽可能短，才能保证服务不中斷。目前有大量关于如何缩短故障检测时间的研究，大都是采用软状态协议询问节点的存在，需要考虑询问频度与询问消息开销之间的折衷。

数据的编码技术也可以提供系统的容错性，如前向错误编码（FEC）[13]和多描述编码（MDC）。FEC 通过给压缩后的媒体码流加上一定的冗余信息来有效地提高系统的容错性，而MDC 的基本思想是对同一媒体流的内容采用多种方式进行描述，每一种描述都可以单独解码并获得可以接受的解码质量，多个描述方式结合起来可以使解码质量得到增强。这两种编码都能适应客户异构性的特点，客户可以根据自己的能力选择收取多少数据进行解码。此外，将FEC 和MDC 结合，能取得更好的容错效果。

4、激励机制

4.1给予信誉的激励机制

基于信誉的激励机制的重点是尝试将用户的QoS 和用户给系统作出贡献的程度相结合。对等点较好的行为将回报以较高的下载速度，获取更多的内容，对新鲜内容的较高优先级等。

一个自然的选择是Bit-for-Bit 方案，这里对等点收到的数据仅和其发送数据一样多。这种方案由于其简单性和公平性而被CoopNet和SplitStream采用。

优于Bit-for-Bit 策略，Habib 等人设计了一种基于分数的鼓励用户贡献转发资源的激励机制，提供贡献和收益之间的间接映射。其主要思想是：记录每个节点给其他节点转发数据的贡献并对应为一定的分值，这个分数用来决定该用户在系统中所有用户中的级别。

4.2基于市场模型的激励机制

有很多定量研究网络中节点贡献或参与程度的方法，一个普遍采用的方法是使用某种代币。在这种基于市场模型的方案中，用户赚取系统特定的货币（currencies）用于补偿服务，如mojo或karma。

4.3给予惩罚的激励机制

随着当今ISP通常采用扁平的定价模型到逐渐增加的数据内容存取驱使ISP采用分级的定价方案以及无线热点增值导致移动设备的大量接入，使得在这样的网络中很难期待用户的利他行为。因此，设计即使所有用户都自私的情况下也能工作很好的P2P 系统是很重要的。

基于以上考虑，一个用于给大量自私节点分发内容的广域P2P 组播协议-EquiCast被提出，它将系统建模为一个非协作博弈，每个节点的目标是在最小化自己的发送速率的同时收到所有的组播包。

EquiCast 通过两种机制强制节点协作。首先是监控机制，每个节点监控其邻居节点的发送速率，并维护自己和N 个邻居节点之间的平衡，根据该平衡决定给邻居节点转发包或中止连接。第二个机制是每连接的惩罚机制，在邻居节点有负平衡的每个周期从邻居节点收取一个额外的惩罚包。因此，无论何时只要可能节点就被激励获得非负平衡。

4.4给予社会福利的激励机制

为了容纳想加入而无法加入的资源匮乏的节点，获得带宽资源重分配的有效性和公平性，Chu等人特定了一个发布者依据税收调节节点贡献带宽和接收带宽的赋税博弈，可以看作发布者强制参与节点上税。社会福利（即所有节点的汇聚效用）通过财富（个人利益即接收数据率）的重新分配被改善了。

该模型适用于流媒体环境是因为视频流的发布者有强制节点纳税的手段和最大化总社会福利的意愿。相对于其他以代币为基础的激励机制或以信誉为基础的激励机制，赋税提供了贡献和收益间的直接映射，而前两种提供了间接映射。采用赋税方案避免了维护持续状态的开销和安全脆弱性。