大规模P2P视频点播系统的研究与实现

论文摘要

视频点播（VoD）服务近几年成为主流网络应用,但现存的VoD服务很难提供令人满意的用户体验,而且服务器带宽开销严重。鉴于此,人们提出了一种有效的解决办法,即基于P2P的VoD （P2P-VoD）服务。本论文提出了P2P-VoD的数学模型,分析了系统性能,作为对比,在实际系统中进行了算法部署,测量和分析。在此基础上,设计并实现了统一全透明的P2P-VoD加速系统--THVA。主要内容和贡献如下:（1）首次提出了基于MVC（multiple video caching）的最优化模型分析系统性能。基于该模型,分析了最小服务器带宽开销与系统规模,视频流行度,视频码流率,用户上传带宽,副本分布,磁盘共享空间大小等的关系;对比了统一P2P-VoD点播平台对比与私有P2P-VoD点播平台的性能优势。该模型解答了系统可以支持的最多大视频码率和规模,以及部署统一P2P-VoD平台的必要性等问题。（2）提出了三种用户磁盘淘汰算法。算法都部署于PPLive点播系统中。测量了在系统处于稳定状态,动态情况下三种算法的性能。其中PPRII算法可以比LRU算法节省服务器带宽10%左右。结果有助于分析和实现最优副本分布。（3）测量了两个大规模P2P-VoD点播系统--PFSVoD以及PPVA。包括系统性能,拓扑结构,流量分析,网络视频点播服务特性,以及用户行为。结果对于P2P-VoD系统性能的理解,问题的发现以及进一步优化提供了指导。（4）设计并实现了统一全透明的P2P视频加速系统THVA。统一指的是不只为特定的网站加速,THVA可以为绝大多数视频网站进行加速服务。全透明指的是视频网站不需要做任何改动即可被加速。THVA系统可以大幅减少网站的服务器带宽开销,提高用户观体验。

论文目录

摘要

Abstract

第1章引言

1.1 课题意义和背景

1.2 论文主要贡献

1.3 论文组织结构

第2章相关工作

2.1 本章简介

2.2 P2P-VoD 体系结构

2.2.1 SVC-Based

2.2.2 MVC-Based

2.3 副本分布策略

2.4 P2P-VoD 网络测量

2.5 P2P-VoD 实际系统实现

第3章模型分析

3.1 本章简介

3.2 网络模型

3.3 系统参数对服务器带宽最小开销的影响

3.3.1 Peer 上传带宽下载需求比的影响

3.3.2 共享硬盘空间大小的影响

3.3.3 系统规模的影响

3.3.4 视频热度的影响

3.3.5 副本分布的影响

3.4 最优副本分布

3.5 统一P2P 加速器vs.私有P2P 加速器.

3.5.1 潜在优势分析

3.5.2 不同网站有相同视频

3.5.3 视频有更多的副本

3.5.4 更大的系统

3.6 本章小结

第4章算法优化及部署

4.1 本章简介

4.2 研究内容

4.3 性能评价指标

4.4 淘汰算法

4.5 数据采集以及实验环境

4.6 静态性能分析

4.6.1 LRU 算法的不足

4.6.2 PPRI 性能

4.6.3 PPRII 性能

4.7 动态性能分析

4.7.1 视频刚发布

4.7.2 视频流行性下降

4.8 本章小结

第5章网络测量

5.1 本章简介

5.2 PFSVoD

5.2.1 测量方法

5.2.2 系统规模

5.2.3 出度入度

5.2.4 用户的上传下载

5.2.5 跨ISP 流量

5.3 PPVA

5.3.1 测量方法

5.3.2 系统规模

5.3.3 服务器带宽节省率

5.3.4 加速效果

5.3.5 用户开销

5.3.6 网络视频服务特性

5.3.7 用户行为

5.4 本章小结

第6章系统原型实现

6.1 本章简介

6.2 设计难点与目标

6.3 系统结构

6.4 视频ID 标识

6.5 视频数据粒度

6.6 通信流程

6.6.1 整体流程

6.6.2 Peer 与Peer 间消息

6.6.3 Peer 与Tracker 间消息

6.6.4 Peer 与Index Server 间消息

6.7 客户端设计

6.7.1 客户端架构

6.7.2 磁盘管理

6.7.3 内存管理

6.7.4 数据下载调度管理

6.7.5 数据上传调度管理

6.7.6 邻居管理

6.7.7 浏览器管理

6.7.8 其他管理

6.8 实验和结果分析

6.8.1 测试环境与方法

6.8.2 结果分析

6.9 本章小结

第7章结论和下一步工作

7.1 结论

7.2 下一步工作

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

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