当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

关于P2P与CDN混合的流媒体技术综述_图文

2011年3月 第16卷第2期

西安邮电学院学报M虬2011
JOURNAL 0F XI’AN UNIVERSITY OF POSTS AND TELBOOM既H7N【CATl0NS V01.16 No.2

关于P2P与CDN混合的流媒体技术综述
刘艳君,张继荣
(西安邮电学院通信与信息工程学院,陕西西安710121)

摘要:针对关于典型对等技术(Peer

tO

Peer,P2P)与内容分发网绉-(Content Delivery Network,CDN)混合的流媒体

技术。从组织架构、特定内容存储位置选择和缓存替换策略等方面,综述分析相关研究成果,发掘其中存在的不足 和局限性,并展望混合流媒体系统未来研究关注的问题。 关键词:流媒体#对等网络;内容分发网络;混合结构 中图分类号:TP37 文献标识码:A 文章编号:1007—3264{2011)02—0021—05

Internet的飞速发展使其成为社会基础信息的 载体,随着流媒体技术的出现,存储系统能力的增强 以及网络传输带宽的增加,在Internet上开展各种 流媒体应用如视频点播(Video
on



P2P技术
P2P是一种与CDN完全不同的内容分发方

Demand,VbD)、

式,它打破了传统的C/S模式,网络中没有集中的 服务器,每个节点(peer)既可作为服务器提供者,又 可作为客户接受服务。它充分利用分布在不同位置 上的普通用户终端资源,将计算或存储任务分布到 所有节点来提供服务如图1。

网络电视(Internet Protocol Television,IPTV)、视

频会议等已逐步实现。流媒体分发技术初期采用的
结构是客户/服务器(C/S)模式,由单一服务器提供 资源,存在单点失效问题,无法满足大规模应用需 求[11。CDN最早由麻省理工学院的一个小组于 1996年提出,它是对CyS模式中服务器端的能力增 强,但依然存在性能瓶颈,缺乏扩展能力[2]。1998 年出现了利用P2P实现大规模流媒体应用的系统 WebeastEs]。P2P是对客户端能力的增强,可解决

c/S架构下服务器性能及网络资源的瓶颈问题,但
也受到自身结构的局限。目前流媒体内容分发正向 P2P与CDN混合的方向演化,Xu等人[4]于2004年 提出并分析了一种P2P和CDN混合的流媒体分发 架构,另外还有很多对P2P与CDN混合的流媒体 技术研究[4,9-19]。本文在广泛查阅国内外相关文献 资料的基础上,从对系统组织架构、特定内容存储位 置的选择和缓存替换策略等方面研究的角度,对基 于P2P和CDN技术的流媒体技术进行了综述,给 出这一领域的最新研究进展,并对该技术今后研究 中应该关注的问题进行了探讨。
收稿日期:2010—12—03 作者简介:刘艳君(1986一),女,硕士研究生,研究方向:通信网与流媒体技术,E-mail:rnsunshindyjun@163.oom;张继荣 (1963一),女,教授,博士,研究方向:宽带通信网。
图1

1>2P架构

最早P2P与流媒体技术结合的成果是P2P实

时节目直播系统[3],从传统的树型分发,如ZIG
ZAG,到基于Gossip的纯Mesh分发,如Coolstre- aming和Anysee。P2P系统能够以较低的开销支 持大规模的应用,还可解决c/S架构下服务器性能 及网络资源的瓶颈问题,满足大规模用户同时并发, 在多媒体业务方面有很大的潜力[5|。但另一方面, 由于P2P网络中没有中心控制服务器,节点随机进

万方数据

?22?

西安邮电学院学报

2011年3月

入和退出P2P网络,用户间的交互也随机发生,甚 至会跨越多个骨干网而占用大量带宽[6]。而且节点 之间资源差别较大,这样会造成某个持有特定资源

问突增(flash crowd)时服务器崩溃的概率。 文献[93提出的结构则是利用CDN服务器的 去中心化,将POP节点(points of provider)构成一 个P2P网络,实现副本放置,但其侧重的是服务器 层面的P2P实现和负载均衡,CDN处理能力和出 口带宽仍然是系统瓶颈。 OLIVESEl0]系统同样将CDN的缓存设备以 P2P的方式组织,利用路由选择服务器的目录服务 和超级节点的多点传输能力,实现CDN缓存设备 之间的内容交换,提升CDN的内容分发能力。另 外,该系统还规定CDN网络的边缘节点为单个或 若干个超级节点及其覆盖的观看节点构成的P2P 自治域,自治域之间不发生流量交换。该方案的贡 献在于实现了对用户的监控,流量的监管,增强了网 络的可管理性和服务的高可靠性。采用这种分布式 系统体系结构,可方便地为自治域添加缓存服务器, 实现域的扩容,同时只要在路由选择服务器中简单 地更改域划分设置,即可增加新域满足整个系统扩 容的需求。 对P2P节点分类更加科学的是一种具有位置

的节点在某个时刻的访问负载超载;或由于该节点
突然退出,导致该资源的缺失。

2内容分发技术
CDN由一个中心节点和分布在网络边缘的服 务器群组成,如图2。它的技术核心是利用智能化 策略,结合路由或缓存技术将中心的内容和服务根

据来访用户的地点(地理或网络空间的),按照就近
访问原则推送到网络边缘,使得用户可以在最近及

最佳服务质量的地方得到服务。这样一方面可以保
证QoS和服务可用性,另一方面也缓解了骨干网络 带宽的压力[71。

和兴趣感知的P2P-CDN架构——Flower-CDN[11],
先将地理位置基于某种延迟的衡量方案分类,再将
图2

CDN架构

处于相同地理位置的节点按有相同兴趣的划组。从 组中选出一个目录节点,由其储存所有内容节点的 地址并提供索引,所有的目录节点组成一个DHT 环。该方案查询效率高且支持稀少文件的查询。 Hao等人[12]设计的混合CDN-P2P的实时流媒 体系统,主要解决了将P2P引入CDN带来的一些 问题,例如P2P网络扰动对边缘服务器造成的负载 及P2P节点上传服务难管理等。同时克服了传统 P2P网络分发实时流媒体的缺陷,并通过仿真证明 了该系统的优越性。 上述文献集中探讨了P2P与CDN混合的体系 架构如何实现,下一步需要研究的问题是P2P与 CDN如何协同工作,分担网络负载。 Hefeeda等』J”]提出的基于混合结构的P2P流 媒体系统设计了一种名为MSN的节点,为任意Peer 节点发起的数据请求提供服务,Peer节点接收到数据 后进行缓存。当系统中Peer节点整体服务能力达到 一定程度后,新加入的Peer节点将由MSN节点和系 统中的Peer节点共同为其提供服务。当某个节目的 所有Peer节点服务能力超过系统设定的阀值后, MSN节点将退出该节目的分发,释放部分带宽资源 分发别的视频节目。相对传统可管理P2P(Mamged

随着流媒体业务量的激增,视频业务成为互联 网应用最普遍的业务时,CDN将面临巨大的挑战。 而大规模扩充带宽、内容存储容量和提高服务器能 力等措施会增加开销和成本,也无法从根本上解决

问题[6]。另外,用户如果在边缘服务器没有命中所
请求的内容,则该请求被调度到中心服务器上,并由

中心服务器响应用户请求,此时内容分发的路径又
不可避免的绕到骨干网上,将大大增加延时并严重 影响用户的业务体验[8]。 3

P2P与CDN混合技术
P2P与CDN技术各有优缺点,并且某些方面

是互补的,那么如果能够结合P2P良好的扩展能力 和CDN的可靠性、可管理性,就有可能构建一个大 规模高性能的流媒体系统。 Xu等人[4]于2004年提出了一种P2P和CDN混 合的流媒体分发架构,将cDN边缘服务器管理的节 点以P2P方式组织,节点之间共享从服务器获得的数 据,并给出一种带约束的P2P节点共享资源策略。该 架构通过用P2P技术辅助内容分发网络,降低了 CDN服务器部署成本,同时减轻了服务器负担和访

万方数据

第2期

刘艳君,等:关于P2P与CDN混合的流媒体技术综述

?23?

P2P)该方案具有更高的服务容量,支持大规模并发 点播服务,所以此方案对有高服务质量要求的流媒体 点播服务具有较高的实用价值。 Shi等人[14]设计的新型CDN-P2P结合的视频 点播系统中也规定,当系统负载不高时,CDN边缘 服务器可以直接提供服务来保证流媒体的速率;相 反,用户数量大系统的负载很高时,用户从P2P邻 居获得服务,从而以最低的延迟及开销为大量用户 服务。与文献D33相比,该方案在选择由cDN还 是P2P提供服务时,不仅考虑Peer节点的服务能 力,还考虑了并发用户数量,CDN开销及网络延迟 等因素,因此更加合理。 文献[15]设计的基于P2P和CDN的混合流媒 体分发模型由CDN服务器及P2P网络组成的自治 域构成,初始分发阶段用户请求较少时采用传统 C/S模式向节点提供快速响应;后续分发中,将自治 域内的节点组成中心化的P2P网络,CDN服务器 承担着内容服务器和索引服务器双重角色;接下来 若用户不断增加,仅靠P2P足以将流媒体的分发过

Manal等人[17]设计的混合结构系统可以动态 地适应不断增加的参与者从而避免过载的情况,另 外还开发了一个维护协议,用来应对扰动发生时的 最坏情况,维持架构的灵活性和有效性。 流媒体文件副本放置也是一个关键问题,它直 接与骨干网络的流量、代理服务器的负载、网络延时 及用户体验相关。Hai等人[18]的主要贡献是提出 了一种适用于混合结构的集中式副本放置算法。该 算法中,由中心服务器来收集系统开销参数(包括链 路时延、节点能力等),然后利用该参数将某种特定 内容布置到代理服务器中,实现请求节点到代理服 务器的距离最短。该套策略考虑了混合架构的特 点,因此它的缓存命中率较高;但缺点是单点失效问 题及中心服务器的负载过大。 Wang等人[19]设计了一种分布式的副本放置算 法,首先将代理服务器按环形布置,每个代理只与邻 近的k个代理交互,周期性地计算用户请求参数和 网络链路延时等工作负载信息。另外,当代理无法 满足用户请求时由邻近k个代理为其服务,若仍无 法满足再由中心服务器为其服务,仿真结果表明该 方案较文献[-183有更好的性能。 另外,文献[20]关注如何对P2P-CDN混合体 系结构的性能进行仿真评价,提出一种推测CDN 网络部署情况的方法。在推测出Akamai和Lime— light覆盖网络的基础上,利用收集到的真实trace 数据集进行仿真,在ISP或POP区域内引入P2P 辅助分发机制,仿真证明混合方案在流媒体点播的 情况下能够有效减少CDN代理服务器大约2/3的 访问负荷。 表1对比了几种典型P2P与CDN混合方案的 架构特点,表2为几种典型P2P与CDN混合方案 的性能对比。

程持续下去,Q)N则完全成为索引服务器。这样既
保证流媒体服务的质量,又将流量控制在自治域范 围内,可有效降低骨干网络带宽和服务器部署成本。 流媒体系统中,用户随机加入和退出会造成某 种资源的缺失或网络流量骤然增加,给系统带来不 良影响,所以设计系统时要考虑这种网络扰动带来 的不良影响,尤其在系统得到大规模应用时。否则 就需要频繁地做些额外工作,严重影响到系统的扩

展性。文献[16]设计了一种快速有效的服务节点的
替代算法,它规定客户机每隔一定时间就从代理服 务器下载一次能够为本机服务的客户机列表;当正 在为本机提供服务的客户机不再能提供服务时,按 与本机IP地址最大匹配的原则从列表中选择替换 者,并通知代理服务器原服务提供者失效。

表l几种典型P2P与CDN混合方案的架构特点

万方数据

?24?

西安邮电学院学报 表2几种典型P'2P与CDN混合方案性能对比

2011年3月

4结束语
从上述分析可以看出,混合架构在分发流媒体 方面具有的优越性不仅依靠上层CDN技术保证了 流媒体服务的可靠性和可管理性,又充分发挥了 P2P网络低成本共享资源的优势。 未来对P2P和CDN混合的技术研究关注(1) 架构分层应该更加细化,比如为核心内容分发层提 供有力的业务支撑层,为底层用户所处的P2P层提 供有保障的承载接人层;(2)P2P网络规模划分多大 合适需要进一步研究,太少时P2P失去了实际意 义,过大则会对管理和控制带来不便;(3)对节目进 行分类:热门节目,经典节目和冷僻节目。经过分类 的节目内容在系统中的分发,缓存及共享等分别采 用不同的机制,使得流媒体系统的运行更有效率。 此外,客户端缓存替换算法及服务器之间的协作机

16一Z1.

[7]卢官明,宗防.IPlw技术及应用[M].北京:人民邮电 出版社,2007. [8]F.Presti,C
ca

Petrioli,et

a1.Distributed Dynamic Repli-

Placement and User Request Redirection in
International

Content

Delivery Networks[C-].IEEE
on

Symposium

Modeling,Analysis,and Simulation of Computer
of

and Telecommunications Systems,2007.

[9]HUNTER T,NOSRATINIA八Outage

analysis

CO-

ded cooperation[J].IEEE Transaction Information Theory,2006,52(2):375-391.

[10]任立勇,王焘,段翰聪,等.基于P2P和CDN的流媒体 直播系统的设计与实现[J].计算机科学,2009,36
(7):88-91.

[11]地E
ing in

Dick,E PACITTI,and 13.KEMME.Flower-
process-

cDN:a hybrid P2P overlay for efficient query

CDNEC].In'EDBT,2009.
Yin,Xuening Liu,et

[12]Hao
of


aL Design and

Development

制、CDN与P2P的耦合机制、安全认证机制等诸多
问题需要迸一步研究和改进。
参考文献 [13

Hybrid

aD悼P2P

System for Live Video Stream-

ing:Experiences、Il,ith LiveSky[C].Beijing:China. ACM Multimedia
2009:22-24. Xu,et

Ma}姗ti
tion

A.OwDen珀nd

M埘ia

Stre础on

[13]Mohamed H,AHAN H,DONGYAN
the Inter-

a1.COl—

lectCast:A Peer-to-Peer Service for Media Streaming

net:Trends and Issues CR].Comprehensive Examina- Paper,University of Saskatchewan,2001.
Tan,

[J].Multimedia Systems,2005,II(1):68-81. [14]Shi№卟B,HAOⅥN.A hybrid CDN-P2P system for

[23

J.Apostolopoulos,T.Wong,S Wee,and n
On Multiple Description Streaming with
cry

Video-on-Damm
tional Confel"e¥1ce

Future

Ne脚orks[c],Second Intema-
Netwurks,2010:309-313.

Content

Deliv-

on

Future

NetworksCC].小IFOCOM,2002,(3):1736-1746.

[153臧运港,陈光喜.基于P2P和CDN的混合流媒体分发
模型及分析[J].计算机应用研究,2010,27(6):
2208-2214.

E33郑常熠,王新,赵进,等.P2P视频点播内容分发策略 D].软件学报,2007,18(11):2942—2954. [4]
D.Xu,S S Kulkami,C Chai.A Rosenberg,and H.K

[16]杨传栋,余镇危,王行刚,等.结合CDN和P2P技术的 混合流媒体系统研究[J].计算机应用,2005,9(9):
2204-2207.

CD忖P2P

Hybrid Architecture for Cost-El—

fective Streaming Media Distribution[J].IEEE Corn-
puter

networks,2004,44(3):383-399.

[17]M卸al El D,ESTHER P,BETTINA K A Highly Ro-
bust P2pCDN Under Large-Scale and DylMU嘶C Partic-

[5]彭昭,杨宗凯,陈京文,等.一种可扩展的P2P流媒体 点播服务体系[J].小型微型计算机系统.2009,30(9):
1731-1732.

ipation[C].First International Conference
irI P2P Systems 2009:180-185.

on

Advances

[6]乔治,夏俊杰.CDN与P2P结合的技术在流媒体分发 和交付系统中的应用I-J].信息通信技术,2007,(1):

[18]Hal J,Zhan W,et a1.A
for

Replica

Placement Algorithm
and Dis-

Hybrid

CDN-P2P

Architecture.Parallel

万方数据

第2期

刘艳君,等:关于P2P与CDN混合的流媒体技术综述

?25?

tributed Systems[C],2009 15th International Confer-

Network and Overating Systems Support for Digi【tal Audio and

朗∞oll Parallel
758-763.

and

Distributed

Systems,2009:

Video(NOS∞^V’08),Braunachweig,


Germany.2008.

E193 Zion Wang,Ai JiaI培,et aL A k-coordinated decentral—
ized replica placement algorithm for the ring-based

E913

D.Xu,S Kulkami,et a1.Analysis of

CDN-P2P hP

brid Architecture for Cost-Effective Streaming Media

aD忡P2P architecture[c3.Computers
[203 C

and Communi-

Distribution[C],Multimedia
383-399.

System,2006,11(4):

cations(ISOC),2010庄=EE Symposium on,2010.

Huang,八Wang,J.Li,et at Understanding

[22]S

Liu,R

Zhang-Shen,w:Jiar,g,J.Rexford,et aL for peer-assisted live streaming

Hybrid aDN—P2P:Why Limelight Needs its Own Red

Performance bounds

Swoosh[C].Proe.18th International Workshop

on

[c].in

Proc.ACM跚∞舰-RICS,2008.
on

A survey of streaming media technology based

P2P and CDN

UU Yan-jan,ZHANG

Ji-rong

(Sehool of Communication and Information Engineering, Xi’a1"1 University of Posts and Telecommunications,Xi’an 710121,China)

Abstract:Considering its organizational structure,specific

content storage

location selection and cache

re-

placemefit policy,a

survey

of the recent research

on

the hybrid architecture of P2P(Peer to Peer)and CDN

(Content

Delivery Network)is made tofind

out

the

limitations of

current

work,and make clear what

should be pay more attention in the future studies of hybrid streaming media system. Key words:media streaming;P2P;CDN;hybrid architecture

[责任编辑:祝剑] (上接第8页)
1-16-1 Florea C,VI且iCU A,Gordan
operator



Fuzzy

intensification
in the
toni-

pressed domain[J].Applied Soft Computing,2009。9
(3):1139-1148.

based

oontr弱t

emhmncement

Quantum enhancement

algorithms of colour image based

OR

digital

iIl翰辞def'mitiOR

GAO Jing-b01,WU

Cheng-maoz,T队N

Xiao-pin92

(1.School of Communication and Information

Engineering,

Xi’an University of Posts and Telecommunications,Xi’an 710121,China; 2.School of Ehetronic Engineering,Xi’an University of Posts and Telecommunications,Xi’an 710121,China)

Abstract:Considering that
transforms


the method of information

entropy can not
on

describe the level of the ima_ge definition ob-

jectively,a quantum enhancement algorithm of color image based
color image from RGB space only value component
a 01"1

digital image definition is proposed.Firstly,it

to

HSV space,keeping hue and saturation

components indeclinable

and

normalizing
aeeording to

the basis of gray threshold function.Then,it enhances the normalized image

given quantum-inspired

the gray threshold

function

which is

relevant

enhancement algorithm.After that,it adaptively chooses the parameter of to an algorithm by mesi_1s of definition evaluation.Finally,it trans—
one

forms an enhanced image which is expressed by HSV space into the new

E瓣m舳:taI

which is

results show that the image has



better

enhanced effect with the new

propo骶t蛳thl:IIs

expressed

by RGB

than

space. that

、砘th the method of information entropy.
Key words:information entropy;definition;quantum enhancement;color image

[责任编辑:孙书娜]

万方数据

关于P2P与CDN混合的流媒体技术综述
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 刘艳君, 张继荣, LIU Yan-jun, ZHANG Ji-rong 西安邮电学院,通信与信息工程学院,陕西,西安,710121 西安邮电学院学报 JOURNAL OF XI'AN UNIVERSITY OF POST AND TELECOM 2011,16(2)

参考文献(22条) 1.S.Liu;R.Zhang-Shen;W.Jiang;J.Rexford Performance bounds for peer-assisted live streaming 2008 2.D.Xu;S.Kulkami Analysis of a CDN-P2P hybrid Architecture for Cost-Effective Streaming Media Distribution 2006(04) 3.C Huang;A,Wang;J.Li Understanding Hybrid CDN-P2P:Why Limelight Needs its Own Red Swoosh 2008 4.Zhan Wang;Ai Jiang A k-coordinated decentralized replica placement algorithm for the ring-based CDN-P2P architecture 2010 5.Hai J;Zhan W A Replica Placement Algorithm for Hybrid CDN-P2P Architecture.Parallel and Distributed Systems 2009 6.Manal El D;ESTHERP;BETTINA K A Highly Robust P2P-CDN Under Large-Scale and Dynamic Participation 2009 7.杨传栋;余镇危;王行刚 结合CDN和P2P技术的混合流媒体系统研究 2005(09) 8.臧运港;陈光喜 基于P2P和CDN的混合流媒体分发模型及分析 2010(06) 9.Shi KANG;HAO YIN A hybrid CDN-P2P system for Video-on-Dimand.Future Networka 2010 10.Mohamed H;AHAN H;DONGYAN Xu CollectCast:A Peer-to-Peer Service for Media Streaming 2005(01) 11.Hao Yin;Xuening Liu Design and Development of a Hybrid CDN-P2P System for Live Video Streaming:Experiences with LiveSky 2009 12.M.E.Dick;E.PACITTI;B.KEMME FlowerCDN:a hybrid P2P overlay for efficient query processing in CDN 2009 13.任立勇;王焘;段翰聪 基于P2P和CDN的流媒体直播系统的设计与实现 2009(07) 14.HUNTER T;NOSRATINIA A Outage analysis of coded cooperation[外文期刊] 2006(02) 15.F.Presti;C.Petrioli Distributed Dynamic Replica Placement and User Request Redirection in Content Delivery Networks 2007 16.乔治;夏俊杰 CDN与P2P结合的技术在流媒体分发和交付系统中的应用 2007(01) 17.彭昭;杨宗凯;陈京文 一种可扩展的P2P流媒体点播服务体系 2009(09) 18.D.Xu;S.S.Kulkami;C Rosenberg;H.K.Chai A CDN-P2P Hybrid Architecture for Cost-Effective Streaming Media Distribution 2004(03) 19.郑常熠;王新;赵进 P2P视频点播内容分发策略 2007(11) 20.J.Apostolopoulos;T.Wong;S.Wee;D.Tan On Multiple Description Streaming with Content Delivery Networks 2002(03) 21.Mahanti A On-Demand Media streaming on the Internet:Trends and Issues Comprehensive Examination Paper 2001 22.卢官明;宗昉 IPTV 技术及应用 2007

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xaydxyxb201102006.aspx


相关文章:
基于PCDN的中国邮政网络学院资源分发与分布方案设...
在两种技术充分融合、渗透、改 造之后,形成一个真正优化的 CDNP2P 完整融合的流媒体内容分发平台。 5.2 P2P-CDN 架构 1)P2P-CDN 架构 中心数据源层:为...
更多相关标签: