一種p2p視頻點播系統合作數據預取方法
2023-10-05 21:16:24 2
專利名稱：一種p2p視頻點播系統合作數據預取方法
技術領域：
本申請涉及視頻點播技術領域，特別是涉及一種對等P2P視頻點播系統合作數據預取方法。
背景技術：
基於P2P (Peer-to-Peer,對等)視頻點播系統技術的流媒體直播與點播系統具有良好的可擴展性，可以較低的成本實現大規模的流媒體應用。視頻點播系統允許用戶在任何時間選擇觀看感興趣的視頻內容，並且支持隨機搜索、暫停、快進快退等交互式操作，因而更受用戶歡迎。然而，用戶在播放時的隨機搜索行為改變了連續播放的數據需求模式，且隨機搜索行為具有很強的不確定性。在P2P視頻點播系統流媒體系統中，頻繁的隨機搜索行為會嚴重影響用戶觀看視頻的流暢性。當用戶進行隨機搜索操作時，播放進度發生了改變，原來的鄰居結點通常不能滿足當前新的數據需求。這種情況下，結點的緩存功能失去作用。在 P2P視頻點播系統流媒體系統中，數據來源於源伺服器或其它對等結點，在新的鄰居結點列表建立之前，只能從源伺服器獲取數據，從而增加了源伺服器的壓力。若等待建立新的鄰居結點列表，從隨機搜索操作到再次播放將經歷較長的時延。並且無論從何而來，現場獲取數據用於滿足播放需求都需要一定的時間。為了減小隨機搜索操作帶來的時延，可以設計優化的數據存儲策略，使用戶儘可能在本地得到滿足隨機搜索需求所需要的數據塊。因此，如何設計好緩存或存儲策略，對於縮短響應時延、降低源伺服器負載和提高觀看流暢性非常重要。數據預取機制首先預測系統將來的數據需求，然後利用空閒資源提前獲取部分數據。在P2P視頻點播系統中，如果可以預取部分數據塊並保存在本地，當用戶執行隨機搜索操作時，首先在本地預取的數據集中查找。若預取數據可以滿足隨機搜索的需要，則可以有效縮短用戶隨機搜索操作的響應時間，同時減輕源伺服器的負荷。數據預取需解決兩個關鍵問題，即取什麼和由誰來取。現有的數據預取方法通常假定用戶的隨機搜索操作範圍有限或毫無規律，因而採用順序預取或隨機預取策略。另外，現有的方法依據單個結點的帶寬和存儲能力決定預取數據塊的數量。由於單個結點的傳輸能力和存儲空間有限，結點只能預取少量數據塊甚至無法預取，從而限制了數據預取的作用。
發明內容
有鑑於此，本申請實施例提供一種P2P視頻點播系統合作數據預取方法，可以在有限的預取緩存條件下達到較為理想的預取數據命中率，從而可以有效縮短系統響應用戶隨機搜索操作的等待時間，提高P2P視頻點播系統視頻點播的服務質量。為了實現上述目的，本申請實施例提供的技術方案如下一種對等P2P視頻點播系統合作數據預取方法，包括以下步驟當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，該結點建立一個以其為主結點的合作組或者加入到一個已建立的合作組中，所述合作組中包括一個主結點和若干個成員結點，並且主結點的播放進度與成員結點的播放進度的差距在預設閾值內；所述合作組內的主結點確定所述合作組的數據預取範圍，並根據所述數據預取範圍生成數據預取任務，且定期將所述數據預取任務分配給所述合作組內所有結點；所述合作組內的所有結點按照所分配的數據預取任務獲取相應的數據，並且將所獲取的數據信息發送給主結點。優選地，當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，以該結點為主結點建立一個合作組或者將該結點加入到已建立的合作組中新加入的，具體為當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，該結點定期檢測是否處於某一個合作組內；如果否，該結點將向所有鄰居結點發出建立一個合作組的邀請信息，所述邀請信息內攜帶有該結點的當前播放進度；該結點接收所有鄰居結點的答覆消息，判斷建立合作組所需的結點數據是否達到建組要求數量；如果是，則建立一個以該結點為主結點的合作組，並向被邀請加入的結點發送確認消息；如果否，則該結點向所有鄰居結點發送加入請求，所述加入請求內攜帶有該結點的當前播放進度，若所述加入請求被某一個合作組接受，則該結點加入到該合作組中。優選地，所述合作組內的主結點確定所述合作組的數據預取範圍具體為所述合作組內的主結點根據其所在的合作組的緩存大小以及當前播放時間點，利用用戶隨機搜索距離概率分布函數來確定數據預取範圍。優選地，所述合作組內的主結點定期將所述數據獲取任務分配給所述合作組內所有的結點，具體為所述合作組內的主結點定期將所述數據獲取任務平均分配給所述合作組內所有結點，或者根據合作組內各結點的能力按比例將所述數據獲取任務分配給所述合作組內所有的結點。優選地，所述合作組內的所有結點按照所分配的數據預取任務獲取相應的數據， 具體為所述合作組內的所有結點執行其各自的正常數據獲取任務；當所述正常數據獲取任務完成後，所述合作組內的所有結點判斷其是否具有多餘帶寬和存儲能力；如果是，所述合作組內的所有結點執行預取數據預取任務。優選地，該方法進一步包括當所述合作組內的某一個結點進行隨機搜索操作時，該結點向其所在的合作組內的主結點發送數據請求；所述合作組內的主結點判斷所述合作組內是否存在與所述數據請求相對應的數據，如果是，將存有與所述數據請求相對應的數據的結點信息發送給進行隨機搜索操作的所述結點；進行隨機搜索操作的所述結點根據所述結點信息從相應的結點中獲取與所述數據請求相對應的數據。
優選地，當所述合作組內的某一個結點進行隨機搜索操作時，向其所在的合作組內的主結點發送數據請求之前，還包括進行隨機搜索操作的結點判斷其結點的緩存內是否存在相應的數據，如果是，則從其結點內緩存中獲取相應的數據；如果否，向其所在的合作組內的主結點發送數據請求。優選地，該方法進一步包括所述合作組內的主結點周期性向其所在組內成員結點發送詢問消息，並接收成員結點的響應消息；當所述主結點未收到結點的響應消息，則判定該成員結點失效或已經離開該合作組；當所述主結點接收到成員結點的響應消息後，判斷該成員結點的播放進度與主結點的播放進度是否超過預設閾值，如果是，將該成員結點從該合作組內刪除。優選地，該方法進一步包括所述合作組內的主結點周期性統計所述合作組內的結點的個數；所述合作組內的主結點判斷所述合作組內結點的個數是否小於預設的建組要求數量，如果是，則所述合作組內的主結點向鄰居結點發送邀請信息，以維持所述合作組內結點數目的穩定。由以上技術方案可見，本申請實施例提供的該P2P視頻點播系統合作數據預取方法，針對P2P視頻點播系統中的隨機搜索行為採取了合作預取的方法，在合作組內由該合作組內的主結點來確定數據預取範圍，並由合作組內的所有結點來預取數據，並且在預取數據塊時考慮了用戶隨機搜索距離的分布特徵。該方法針對結點緩存的有限性，提出了多結點合作預取並共享數據的方法，儘可能地增加預取數據的數量，進而提高隨機搜索的數據命中率，有效的縮短系統響應用戶隨機搜索操作的等待時間，從而保證視頻播放的連續性。與現有技術相比，該方法支持隨機搜索、暫停、快進快退等交互式操作，允許用戶在任何時間選擇觀看感興趣的視頻內容，並可以在同等網絡條件下縮短P2P視頻點播系統流媒體點播系統響應用戶隨機搜索操作的等待時間，顯著提高用戶的使用體驗。
為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的技術方案與表述方式。圖1為本申請實施例一提供的P2P視頻點播系統合作數據預取方法的流程示意圖；圖2為圖1中SlOO的詳細流程示意圖；圖3為在不同播放長度條件下本申請實施例提供的該合作數據預取方法與現有的順序預取、隨機預取方法的隨機搜索的數據命中率；圖4為在不同預取緩存大小條件下本申請實施例提供的該合作數據預取方法與現有的順序預取、隨機預取方法的隨機搜索的數據命中率；圖5為本申請實施例二提供的P2P視頻點播系統合作數據預取方法的流程示意圖6為本申請實施例三提供的P2P視頻點播系統合作數據預取方法的流程示意圖7為本申請實施例四提供的P2P視頻點播系統合作數據預取方法的流程示意
具體實施例方式為了使 本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，下述的實施例僅僅是本申請的代表性實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。為解決現有的數據預取機制存在的問題，本申請公開了一種P2P視頻點播系統合作數據預取方法，該方法根據用戶隨機搜索距離的分布特徵準確地預測待預取的數據範圍，針對搜索距離分布具有長尾特性的統計結果，設計了一種多結點合作預取並共享數據的方法，利用本申請提供的方法可以在有限的預取緩存條件下達到較為理想的預取數據命中率，從而有效縮短系統響應用戶隨機搜索操作的等待時間，提高P2P視頻點播系統視頻點播的服務質量。實施例一圖1為本申請實施例一提供的P2P視頻點播系統合作數據預取方法的流程示意圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟SlOO 當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，該結點建立一個以其為主結點的合作組或者加入到已建立的合作組中。在P2P視頻點播系統中，結點的播放是異步的。由於結點緩存有限，播放進度相差較大的結點數據緩存不存在相交的部分，因而不能通過緩存互相提供數據。比如，播放到視頻結尾的結點早已刪除了視頻初始數據，剛開始播放的結點無法從這些結點的緩存中獲取有用的數據。因此有必要將播放進度相同或相近的結點組成合作組。合作組可用一個五元組表示，即(主結點，成員列表，當前播放進度，最小成員數，最大成員數)，其中最小成員數即為建組要求數量。在一個合作組內包括一個主結點和若干成員結點，主結點通常為發起建組的結點，其作用是對合作組進行維護，並且向合作組內的成員結點分配任務，起到協調者的作用；若干個成員結點的作用是根據主結點分配的任務進行數據預取。合作組內的主結點的播放進度與成員結點的播放進度的差距在預設閾值內，這樣可以確保合作組內的所有結點的播放進度在一個較小的範圍，避免了由於結點播放進度相差較大而導致結點緩存內不存在相交的部分。在本申請實施例中，如圖2所示，該步驟具體包括以下步驟SlOl 當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，該結點定期檢測是否處於某一個合作組內。
為了實現合作預取，每一個結點在加入到P2P視頻點播系統後，都需要檢測其是否位於合作組內，為後續進入合適的合作組做準備。如果當前結點沒有位於任何一個合作組內，進行步S102。S102 該結點將向所有鄰居結點發出建立一個合作組的邀請信息。這裡邀請信息內攜帶有該結點的當前播放進度，用於尋找和其播放進度相當的合作組。另外，每一個結點在接收其它結點發起的邀請信息時，只能選擇接受其中的一個邀請。S103:該結點接收所有鄰居結點的答覆消息，判斷建立合作組所需的結點數據是否達到建組要求數量。如果達到建組要求數量，那麼進行S104;如果沒有達到建組要求數量，則進行 S105。S104:建立一個以該結點為主結點的合作組，並向被邀請加入的結點發送確認消肩、οS105 該結點向所有鄰居結點發送加入請求。加入請求內攜帶有該結點的當前播放進度，若所述加入請求被某一個合作組接受，則該結點就可以加入到該合作組中。S200:合作組內的主結點確定所述合作組的數據預取範圍，並根據數據預取範圍生成數據預取任務，且定期將所述數據預取任務分配給所述合作組內所有結點。在合作組內，主結點需要首先根據隨機搜索範圍的概率分布和當前的播放進度 (也就是播放時間點)，確定預取數據的範圍，包括預取數據的起點與預取數據的終點。另外，在確定數據預取範圍時，主結點還需要考慮其所在的合作組的緩存大小。雖然存在播放熱點，但由於用戶對視頻內容的無知性，用戶的隨機搜索距離具有長尾特性，並符合Weibull概率密度函數，Weibull概率密度函數公式如下
權利要求
1.一種對等P2P視頻點播系統合作數據預取方法，其特徵在於，包括以下步驟當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，該結點建立一個以其為主結點的合作組或者加入到一個已建立的合作組中，所述合作組中包括一個主結點和若干個成員結點，並且主結點的播放進度與成員結點的播放進度的差距在預設閾值內；所述合作組內的主結點確定所述合作組的數據預取範圍，並根據所述數據預取範圍生成數據預取任務，且定期將所述數據預取任務分配給所述合作組內所有結點；所述合作組內的所有結點按照所分配的數據預取任務獲取相應的數據，並且將所獲取的數據信息發送給主結點。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當一個結點加入到P2P視頻點播系統後， 以該結點為主結點建立一個合作組或者將該結點加入到已建立的合作組中新加入的，具體為當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，該結點定期檢測是否處於某一個合作組內；如果否，該結點將向所有鄰居結點發出建立一個合作組的邀請信息，所述邀請信息內攜帶有該結點的當前播放進度；該結點接收所有鄰居結點的答覆消息，判斷建立合作組所需的結點數據是否達到建組要求數量；如果是，則建立一個以該結點為主結點的合作組，並向被邀請加入的結點發送確認消息；如果否，則該結點向所有鄰居結點發送加入請求，所述加入請求內攜帶有該結點的當前播放進度，若所述加入請求被某一個合作組接受，則該結點加入到該合作組中。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述合作組內的主結點確定所述合作組的數據預取範圍具體為所述合作組內的主結點根據其所在的合作組的緩存大小以及當前播放時間點，利用用戶隨機搜索距離概率分布函數來確定數據預取範圍。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述合作組內的主結點定期將所述數據獲取任務分配給所述合作組內所有的結點，具體為所述合作組內的主結點定期將所述數據獲取任務平均分配給所述合作組內所有結點， 或者根據合作組內各結點的能力按比例將所述數據獲取任務分配給所述合作組內所有的結點ο
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述合作組內的所有結點按照所分配的數據預取任務獲取相應的數據，具體為所述合作組內的所有結點執行其各自的正常數據獲取任務；當所述正常數據獲取任務完成後，所述合作組內的所有結點判斷其是否具有多餘帶寬和存儲能力；如果是，所述合作組內的所有結點執行預取數據預取任務。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，進一步包括當所述合作組內的某一個結點進行隨機搜索操作時，該結點向其所在的合作組內的主結點發送數據請求；所述合作組內的主結點判斷所述合作組內是否存在與所述數據請求相對應的數據，如果是，將存有與所述數據請求相對應的數據的結點信息發送給進行隨機搜索操作的所述結佔.^ \\\ 進行隨機搜索操作的所述結點根據所述結點信息從相應的結點中獲取與所述數據請求相對應的數據。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，當所述合作組內的某一個結點進行隨機搜索操作時，向其所在的合作組內的主結點發送數據請求之前，還包括進行隨機搜索操作的結點判斷其結點的緩存內是否存在相應的數據，如果是，則從其結點內緩存中獲取相應的數據；如果否，向其所在的合作組內的主結點發送數據請求。
8.根據權利要求1或6所述的方法，其特徵在於，進一步包括所述合作組內的主結點周期性向其所在組內成員結點發送詢問消息，並接收成員結點的響應消息；當所述主結點未收到結點的響應消息，則判定該成員結點失效或已經離開該合作組； 當所述主結點接收到成員結點的響應消息後，判斷該成員結點的播放進度與主結點的播放進度是否超過預設閾值，如果是，將該成員結點從該合作組內刪除。
9.根據權利要求1或6所述的方法，其特徵在於，進一步包括 所述合作組內的主結點周期性統計所述合作組內的結點的個數；所述合作組內的主結點判斷所述合作組內結點的個數是否小於預設的建組要求數量， 如果是，則所述合作組內的主結點向鄰居結點發送邀請信息，以維持所述合作組內結點數目的穩定。
全文摘要
本申請公開了一種P2P視頻點播系統合作數據預取方法，包括當一個結點加入到P2P視頻點播系統後，該結點建立一個以其為主結點的合作組或者加入到一個已建立的合作組中；合作組內的主結點確定合作組的數據預取範圍，並生成數據獲取任務，且定期將數據獲取任務分配給合作組內所有結點，合作組內的所有結點按照所分配的數據預取範圍獲取相應的數據，並且將所獲取的數據信息發送給主結點。該方法針對結點緩存的有限性，提出了多結點合作預取並共享數據的方法，儘可能地增加預取數據的數量，進而提高隨機搜索的數據命中率，有效的縮短系統響應用戶隨機搜索操作的等待時間，從而保證視頻播放的連續性。
文檔編號H04N21/63GK102447974SQ201110342410
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者朱豔琴, 楊哲, 紀其進 申請人:蘇州大學