CN101697554A - 一种p2p流媒体视频数据传输调度方法 - Google Patents
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Abstract
一种P2P流媒体视频数据传输调度方法，属于流媒体视频数据传输调度方法，用于在网络上传输流媒体视频数据。解决现有P2P流媒体视频传输调度方法未考虑到视频帧和下载缓存分区存在重要性程度不同的问题，从而有效提升播放连续度，进而提升用户体验质量。本发明包括：一、初始化步骤，二、播放启动步骤，三、正常播放步骤。本发明可以在相同的丢包率情况下，优先请求调度I帧子数据分段，其次是P帧子数据分段，最后是B帧子数据分段，从而保持最大程度的播放连续性，进而有效提升体验质量；紧急下载缓存采用顺序调度和非紧急下载缓存采用稀有优先调度相结合的方法，可以在减少启动时间、增强播放连续度以及可扩展性上达到动态最佳折衷。
Description
技术领域
本发明属于流媒体视频数据传输调度方法，尤其涉及一种P2P流媒体视频数据传输调度方法，用于在网络上传输流媒体视频数据。
背景技术
为清楚地解释现有的P2P流媒体视频数据传输调度存在的问题，以下对所涉及的概念、原则给出解释。
P2P传输方式：即对等网络(Peer-to-peer)传输方式，在传输方式上打破服务器/客户端模式，增加了客户端到客户端的直接通信模式。对等网络由管理服务器和对等节点构成，对等节点包括客户端和提供原始数据的服务器。每个对等节点都处于同等的地位：每个对等节点既作为客户端(向其它对等节点请求数据)，也可以作为其他对等节点的服务器(为其它对等节点提供数据)。P2P传输方式是对分布式概念的成功拓展，它将传统服务器/客户端模式下的服务器负担分配到对等网络中的每一个对等节点上，每个对等节点都将承担有限的存储与计算任务。加入到P2P网络中的对等节点越多，对等节点对P2P网络贡献的资源也就越多，服务质量也就越高。P2P传输方式已广泛应用于众多领域，尤其是具有较大数据流量的流媒体传输领域。
当前对等节点和邻居对等节点：目前需要描述的对等节点称为当前对等节点，与其有连接关系的对等节点，称为邻居对等节点。
父节点：向其它对等节点提供数据的对等节点，称为接收数据对等节点的父节点。
子节点：从其它对等节点获取数据的对等节点，称为提供数据对等节点的子节点。
P2P流媒体传输方式：采用P2P传输方式进行流媒体传输。流媒体的特点是可以边下载边播放，因为经过流媒体编码后的要求就是从流媒体任一数据分段开始都可以独立解码，不必等到收到整个文件后才能播放。采用P2P传输方式进行流媒体传输的时候，当前对等节点向父节点请求并下载此对等节点尚未下载的数据分段，同时向子节点提供此对等节点已经下载的数据分段。因此，每个对等节点既是客户端又是服务器，充分利用了网络的空闲资源，最大限度利用网络带宽资源。而且，对等节点越多，下载的速度越快，流媒体播放效果越好。
心跳消息(Keep-alive)：对等节点周期性发给管理服务器的一种通知消息，用于通知管理服务器该对等节点仍处于活跃(Active)状态。
对等节点列表(Peerlist)：是数个对等节点IP地址的集合。一般指所有处于活跃状态的对等节点的IP地址集合。
管理服务器：负责管理所有对等节点加入、离开、更新和检测，并维护一个动态的对等节点列表。若管理服务器收到某一个对等节点加入请求，将该对等节点加入管理服务器的对等节点列表，然后将管理服务器中对等节点列表随机返回给该对等节点；若收到某一个对等节点离开请求，将该对等节点从对等节点列表中删除；若超过一定时间未收到某一个对等节点的心跳消息，则将该对等节点从对等节点列表中删除。
流媒体源服务器：提供原始的流媒体文件。若采用P2P方式传输，流媒体服务器将流媒体数据分割成一系列数据分段(Segment或Chunk)。每个数据分段都有一个序号，并按照播放时间顺序，序号逐渐增大。流媒体的播放方向定义为数据分段序号增加的方向。
下载缓存：内存中一段存储区域，用于存储下载的P2P流媒体数据。因为互联网采用数据分组(Packet)、尽最大努力(Best Effort)传输，实时流媒体数据将被分解为许多分组，由于网络的动态变化，各个数据分组选择的路由不一定相同，到达客户端的时间延迟也就不相同，甚至先发的数据分组后到。因此使用下载缓存来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据分组的正确顺序，从而使流媒体数据能连续输出，也不会因为网络暂时拥塞而使播放出现停滞。下载缓存一般设置为可以存储5～20秒的流媒体数据的内存。例如，采用500K比特/秒的恒定速率时，则可以存储最大为20秒的流媒体数据的下载缓存应该设置为20秒×500K比特/秒＝10M比特。由于实时流媒体数据播放完的数据保存一段时间后可以丢弃，因此空出的下载缓存可以继续下载新的数据。通常下载缓存的设置方法是，在对等节点的内存中设置一个存储区域和播放点。数据分段的序号比播放点所在数据分段的序号大的一段区域称为未播放缓存，用于下载所需即将播放的流媒体数据。数据分段的序号比播放点所在数据分段的序号小的一段区域称为已播放缓存，播放完之后的这些数据分段虽然对当前对等节点已没有用处，但可以提供给子节点下载使用，所以播放完之后的数据分段仍将保存一段时间。当播放点不断地沿下载缓存从头到尾重复移动，移出已播放缓存的数据分段不断丢弃，空出的存储区域移入未播放缓存，继续下载新的数据分段，这样可以重复不断，执行对连续不断的数据分段的下载。
缓存映射(Buffer Map，BM)：缓存映射是一变量，用于反映下载缓存是否已下载各个数据分段。当某一数据分段已下载到缓存中该段存储区域，在缓存映射的相应比特位中用“1”表示；当该段存储区域未存储数据分段，在缓存映射的相应比特位中用“0”表示；见X.Zhang，J.Liu，B.Li，and P.Yum，DONet/Coolstreaming：A Data-driven Overlay Network forLive Media Streaming，IEEE INFOCOM，2005。
为提升视频传输的有效性，需对视频进行编码，国际上比较著名的编码标准包括MPEG1/2/4/7、H.264等。以目前数字电视和网络电视(IPTV)常采用的MPEG2编码标准为例，视频序列被分成一系列的图像组(Group of Pictures，GOP)，每个图像组由一个I帧、数个P帧和数个B帧组成。(1)I帧(Intra-frame)：一个图像组一般只有一个I帧且第一帧一定是I帧，也叫“关键帧”。其采用帧内编码，可以独立解码，只要收到I帧，解码器就可以独立地将之恢复出来。(2)P帧(Predicted frame)：采用前向预测编码，即需要参考帧即已播放的I帧或P帧才能恢复。当参考帧丢失，当前P帧即使收到也无法解码。(3)B帧(Bi-directionalframe)：采用双向预测编码，即需要的参考帧不仅包括已播放的I帧或P帧，也需要沿流媒体的播放方向上未播放的P帧才能恢复。仅当双向参考帧均收到后，B帧才能被正确解码。因此，一个图像组中，I帧的重要性大于P帧，P帧的重要性大于B帧。由于B帧的双向预测的特点，视频序列的显示顺序和传输顺序不一致。例如，某一个视频显示序列为：[IBBPBBPBBPBBP][IBBPBBP...]，其中每个图像组具有13帧。传输的时候，需要将B帧排在其前向和后向参考帧之后，结构如[IPBB...]，则上述的具有13帧图像组的视频序列的传输顺序为[IPBBPBBPBBPBB][IPBBPBB...]。而显示端的解码器输出之后需要实施“帧重排”，将顺序恢复到原顺序即可。
基本流(Elementary Stream，ES)：视频编码和音频编码之后，输出的是视频或音频基本流。
包基本流(Packetized Elementary Stream，PES)：基本流经过打包后成为包基本流，包基本流的包长度是可变的，视频包通常是一种类型的帧一个包。
目前对P2P流媒体数据进行传输调度，需要解决的基本问题之一是数据分段的选择和父节点的选择，即在当前对等节点中选择哪个父节点请求哪个数据分段。数据分段的选择策略包括顺序优先原则和稀有优先原则，前者是按照数据分段序号由小到大依次选择需要发出请求的数据分段；后者是采用P2P文件下载BitTorrent协议中所采用的稀有优先原则，见B Cohen.Incentives Build Robustness in BitTorrent.Workshop onEconomics of Peer-to-Peer Systems，CA，USA，2003，即针对当前节点缓存中未下载的数据分段，统计拥有该数据分段的邻居对等节点的数量，若对当前节点中某个未下载数据分段，拥有它的邻居节点的数量最少，则最先请求这个数据分段。父节点的选择策略主要包括随机优先原则，最近优先原则，可用带宽优先原则等。随机优先原则是指，针对当前对等节点中所需下载的数据分段，在所有拥有该数据分段的邻居对等节点中，随机选择一个邻居对等节点作为父节点；最近优先原则是指，针对当前节点中所需下载的数据分段，在所有拥有该数据分段的邻居对等节点中，选择地理位置最近或者距离跳数最小的一个邻居对等节点作为父节点；可用带宽优先原则是指，针对当前节点中所需下载的数据分段，在当前对等节点的所有拥有该数据分段的邻居对等节点中，选择具有最大可用带宽的一个邻居对等节点作为父节点。
A.Vlavianos等提出BiToS协议，利用BitTorrent的下载技术来协助P2P流媒体数据的传输调度，见A.Vlavianos，M.Iliofotou，and M.Faloutsos，BiToS：Enhancing Bittorrent for Supporting StreamingApplications，IEEE INFOCOM，2006，该协议将缓存划分为2个区域，高优先级区域和低优先级区域，对高优先级缓存区域中的数据分段，以概率p来请求下载，下载原则采用顺序优先原则或者稀有优先原则；而对低优先级缓存区域中的数据分段，以概率(1-p)来请求下载，下载原则采用稀有优先原则；并指出当二个缓存区域均采用稀有优先原则且概率p＝0.8的时候，播放连续度最佳。
Zhou等提出基于混合策略的流媒体数据调度算法，见Yipeng Zhou，D.M.Chiu，J.C.S.Lui，A Simple Model for Analyzing P2P StreamingProtocols，IEEE International Conference on Network Protocols(ICNP’07)，pp.226-235。该算法将下载缓存分为二个区域，靠近播放点的为高优先级缓存，远离播放点的区域为低优先级缓存。在高优先级缓存中的数据分段采用顺序优先原则(靠近播放点的数据分段先被请求下载)来实现对数据分段的选择，父节点选择策略采用随机优先原则。在低优先级缓存中的数据分段采用稀有优先原则。高优先级缓存和低优先级缓存的分界根据网络状态动态调整，即统计分界处数据分段的下载概率的平均值，当该值减小的时候，增大高优先级缓存的长度，反之，则减小高优先级缓存的长度。
Baccidchet等人提出了基于视频帧(包括I帧、P帧和B帧)内容的P2P流媒体数据调度策略，见P.Baccichet，J.Noh，E.Setton，and B.Girod，“Content-Aware P2P Video Streaming with Low Latency，”IEEE Int.Conference on Multimedia and Expo，ICME，Beijing，China，July 2007，pp.400-403。该算法提出将视频帧按照内容的重要程度赋予不同的权值。然后按照权值来进行依次调度，权值大的给予优先调度。但是此算法没有将下载缓存进行分区来对启动时间和播放连续度达到最佳折衷。
P2P流媒体传输调度技术，将流媒体数据或文件分成许多数据分段，然后采用P2P传输方式进行传输。这些数据分段的时间长度一般在1～2秒，其字节大小可以是等长的(当采用恒定比特速率CBR的时候)，也可以是非等长的(当采用变比特速率VBR的时候)。
但是，目前已有P2P流媒体视频传输调度技术中，未将视频帧的重要性不同和下载缓存分区的重要性不同结合起来，其缺点在于：未考虑I帧重要性大于P帧和B帧，则I帧的丢失将引起该I帧所在图像组内连续的P帧和B帧的解码困难，其造成一系列的错误扩散，将降低播放连续度，从而最终降低用户的体验质量(Quality of Experience，QoE)；未考虑下载缓存分区的重要性不同，不能兼顾低启动时间和高播放连续度的最佳折衷。
发明内容
本发明公开了一种P2P流媒体视频数据传输调度方法，解决现有P2P流媒体视频传输调度方法未考虑到视频帧和下载缓存分区存在重要性程度不同的问题，从而有效提升播放连续度，进而提升用户体验质量。
为清楚阐述本发明，对本发明使用到的基本设置和符号标记作如下说明。
在P2P流媒体视频数据传输中，流媒体源服务器按时间顺序将流媒体视频数据分割为一系列数据分段。视频数据分段包括三类：(1)I帧子数据分段，即含有I帧数据的包基本流；(2)P帧子数据分段，即含有P帧数据的包基本流；(3)B帧子数据分段，即含有B帧数据的包基本流。在编码器的视频输出采用I帧子数据分段、P帧子数据分段和B帧子数据分段，并要求保证一个图像组的结构采用IBBP或PBBP的结构，即一个图像组中B帧子数据分段之后一定有一个P帧子数据分段。
图像组数据分段：每个图像组数据分段由一个I帧子数据分段、数个P帧子数据分段和数个B帧子数据分段组成。
播放点序号：指当前播放的图像组数据分段的序号。
播放点前移方向：指播放点按照图像组数据分段序号增加的方向。
补偿位：为各个子数据分段最后一位，标记各个子数据分段是否执行补偿操作，赋值为“1”或“0”，“1”表示对应的子数据分段已被执行补偿操作，“0”表示对应的子数据分段未被执行补偿操作。
在每个对等节点中设置下载缓存。将下载缓存划分为三个区域，大于播放点序号的一段区域分为两小段，按照播放点前移方向依次为紧急下载缓存和非紧急请求下载缓存，用于下载所需即将要播放的流媒体视频数据，小于播放点序号的一段区域称为已播放缓存，用于存储已播放完的流媒体视频数据。已播放缓存的长度为10～20个图像组数据分段，播放点设置在紧急下载缓存的起始点，紧急下载缓存长度为k，非紧急请求下载缓存长度为n-k，二者长度总和为n，n设置为40～160个图像组数据分段的长度，其中紧急下载缓存长度初始值设置为20～40个图像组数据分段的长度。
为便于阐述，每个数据分段采用如下编号方法：
编号为u的I帧子数据分段(u的起始序号为1)，记为I(u)，表示隶属于第u个图像组数据分段的子数据分段；P帧子数据分段记为P(u，v)，表示隶属于第u个图像组数据分段中的第v个P帧子数据分段，B帧子数据分段记为B(u，v，w)，表示隶属于第u个图像组数据分段中的，第v个p帧子数据分段之前，沿播放点前移方向的第w个B帧子数据分段。
例如：前13个视频子数据分段，隶属于编号为8的图像组数据分段，后13个视频子数据分段，隶属于编号为9的图像组数据分段，显示顺序为：
[I B B P B B P B B P B B P][I B B P B B P B B P B B P]，其编号如下：
[I(8)，B(8，1，1)，B(8，1，2)，P(8，1)，B(8，2，1)，B(8，2，2)，P(8，2)，B(8，3，1)，B(8，3，2)，P(8，3)，B(8，4，1)，B(8，4，2)，P(8，4)][I(9)，B(9，1，1)，B(9，1，2)，P(9，1)，B(9，2，1)，B(9，2，2)，P(9，2)，B(9，3，1)，B(9，3，2)，P(9，3)，B(9，4，1)，B(9，4，2)，P(9，4)]；
其传输顺序为：
[I P B B P B B P B B P B B][I P B B P B B P B B P B B]，编号如下：
[I(8)，P(8，1)，B(8，1，1)，B(8，1，2)，P(8，2)，B(8，2，1)，B(8，2，2)，P(8，3)，B(8，3，1)，B(8，3，2)，P(8，4)，B(8，4，1)，B(8，4，2)][I(9)，P(9，1)，B(9，1，1)，B(9，1，2)，P(9，2)，B(9，2，1)，B(9，2，2)，P(9，3)，B(9，3，1)，B(9，3，2)，P(9，4)，B(9，4，1)，B(9，4，2)]。
流媒体源服务器中将针对每个数据分段，按照上面的原则，标记唯一的编号，在后续的发明步骤中，若检测到某个编号不存在，也就意味着这个子数据分段是不存在。
本发明的下载缓存映射，采用子数据分段的编号加下标m命名。例如前述例子中，下载缓存映射命名为：
[Im(8)，Pm(8，1)，Bm(8，1，1)，Bm(8，1，2)，Pm(8，2)，Bm(8，2，1)，Bm(8，2，2)，Pm(8，3)，Bm(8，3，1)，Bm(8，3，2)，Pm(8，4)，Bm(8，4，1)，Bm(8，4，2)][Im(9)，Pm(9，1)，Bm(9，1，1)，Bm(9，1，2)，Pm(9，2)，Bm(9，2，1)，Bm(9，2，2)，Pm(9，3)，Bm(9，3，1)，Bm(9，3，2)，Pm(9，4)，Bm(9，4，1)，Bm(9，4，2)]；
给变量赋值为“1”或“0”，“1”表示所对应的视频数据分段已被下载，“0”表示所对应的视频数据分段未被下载；
例如，前述提及的例子中的缓存映射的值当前分别为：
[1，1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0][1，1，0，0，1，0，0，0，0，0，0，0，0]；
表示I(8)，P(8，1)，B(8，1，1)，B(8，1，2)，I(9)，P(9，1)和P(9，2)当前已下载；P(8，2)，B(8，2，1)，B(8，2，2)，P(8，3)，B(8，3，1)，B(8，3，2)，P(8，4)，B(8，4，1)，B(8，4，2)，B(9，1，1)，B(9，1，2)，B(9，2，1)，B(9，2，2)，P(9，3)，B(9，3，1)，B(9，3，2)，P(9，4)，B(9，4，1)和B(9，4，2)当前未下载。
用变量Pmax表示隶属于某个图像组数据分段中含有的P帧子数据分段的最大数目；用变量Bmax表示隶属于某个图像组数据分段中含有的I帧子数据分段与P帧子数据分段之间，和P帧子数据分段与P帧子数据分段之间的B帧子数据分段的最大数目。
本发明所采用的时间间隔的含义说明：
T0：连接间隔，指对等节点定时连接管理服务器的时间间隔，T0设置为20～40秒；
T1：存活时间，指管理服务器中对等节点列表中某个对等节点存活时间，若超过该存活时间，仍未收到该对等节点的心跳消息，将此对等节点从管理服务器对等节点列表中删除。由管理服务器中地址存活定时器所采用；T1设置为(2～6)×T0；
T2：交换间隔，指对等节点之间交换缓存映射的时间间隔，T2设置为1～2秒；
T3：请求发送间隔，对等节点发送帧请求之间的时间间隔，T3设置为1/(子数据分段播放速率×(1～1.5))；
T4：紧急请求重发间隔，针对紧急下载缓存中对某一个子数据分段执行紧急请求下载过程，在这个T4间隔内未收到应答，则对该子数据分段重新执行一次紧急请求下载过程。T4设置为(5～10)×(1/子数据分段播放速率)；
T5：非紧急请求重发间隔，针对非紧急请求下载缓存中对某一个子数据分段执行非紧急请求下载过程，在这个T5间隔内未收到应答，则对该子数据分段重新执行一次非紧急请求下载过程。T5设置为(10～15)×(1/子数据分段播放速率)；
T6：播放点前移间隔，指在下载缓存中播放点之前有连续数据情况下，播放点向前移动的时间间隔，T6设置为1/(图像组数据分段播放速率)；
T7：分界调整间隔，指紧急下载缓存与非紧急请求下载缓存之间分界调整的时间间隔，T7设置为20～50秒；
p：指当前对等节点的播放点；
本发明的一种P2P流媒体数据传输调度方法，其步骤包括：
一、初始化步骤，执行以下子步骤：
1.1当前对等节点进入P2P网络，按连接间隔T0定时向管理服务器发心跳消息；同时从管理服务器的对等节点列表中随机获取N1个对等节点，若管理服务器对等节点列表中对等节点个数不足N1个，则从管理服务器对等节点列表中获取所有的对等节点；若所获取的对等节点在当前对等节点自身的对等节点列表中不存在，则增加入当前对等节点自身的对等节点列表中；N1＝10～50；
管理服务器收到各对等节点的心跳消息时，若此对等节点不在管理服务器对等节点列表中，则将此对等节点加入管理服务器对等节点列表中，并在管理服务器对等节点列表中开启此对等节点对应的地址存活定时器；若此对等节点已在管理服务器对等节点列表中，则将管理服务器对等节点列表中该对等节点的地址存活定时器清零；
当管理服务器对等节点列表中某对等节点对应的地址存活定时器存活时间T1到达，管理服务器仍未收到该对等节点的心跳信息，则在管理服务器的对等节点列表中删除该对等节点；
1.2当前对等节点根据自身的对等节点列表，连接邻居对等节点，每隔一个交换间隔T2，向邻居对等节点互相交换各自的缓存映射；从所获取的所有邻居对等节点的缓存映射中，获得每个邻居对等节点中已下载的连续的I帧子数据分段的最大序号Gi，i表示第i个邻居对等节点；
1.3确定当前对等节点的起始播放点
若p小于1，则令p＝1，转步骤二；N2为当前对等节点自身的对等节点列表中邻居对等节点个数；N3为整数，从5～10中随机选取；
二、播放启动步骤，执行以下子步骤：
2.1在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的I帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
2.1.1置i＝1；
2.1.2判断缓存映射中是否存在I(p+i)帧子数据分段、且Im(p+i)的值等于0，是则执行过程2.1.3，否则执行过程2.1.4；
2.1.3判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对I(p+i)帧子数据分段的紧急请求下载过程，再执行过程2.1.4，否则直接执行过程2.1.4；
2.1.4置i＝i+1，判断是否i≤k，是则执行过程2.1.2，否则执行子步骤2.2，k为紧急下载缓存长度；
2.2在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的P帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
2.2.1置j＝1；
2.2.2置i＝1；
2.2.3判断缓存映射中是否存在P((p+i)，j)帧子数据分段、且Pm((p+i)，j)的值等于0，是则执行过程2.2.4，否则执行过程2.2.5；
2.2.4判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对P((p+i)，j)帧子数据分段的紧急请求下载过程，再执行过程2.2.5，否则直接执行过程2.2.5；
2.2.5置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程2.2.3，否则执行过程2.2.6；
2.2.6置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程2.2.2，否则执行子步骤2.3；
2.3在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的B帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
2.3.1置m＝1；
2.3.2置j＝1；
2.3.3置i＝1；
2.3.4判断缓存映射中是否存在B((p+i)，j，m)帧子数据分段、且Bm((p+i)，j，m)的值等于0，是则执行过程2.3.5，否则执行过程2.3.6；
2.3.5判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对B((p+i)，j，m)帧子数据分段的紧急请求下载过程，再执行过程2.3.6，否则直接执行过程2.3.6；
2.3.6置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程2.3.4，否则执行过程2.3.7；
2.3.7置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程2.3.3，否则执行过程2.3.8；
2.3.8置m＝m+1，判断是否m≤Bmax，是则转过程2.3.2，否则执行子步骤2.4；
2.4判断紧急下载缓存中子数据分段的缓存映射的值是否全部为1，是则转步骤三，否则转子步骤2.1；
三、正常播放步骤，包括以下子步骤：
3.1前移播放点，p＝p+1；
3.2判断P帧或B帧子数据分段补偿位是否为1，是则先将对应的P帧或B帧子数据分段缓存映射赋值为0，再将对应的P帧或B帧子数据分段补偿位赋值为0，执行子步骤3.3；否则直接执行子步骤3.3；
3.3在当前对等节点中，对非紧急下载缓存中I帧子数据分段执行非紧急请求下载，过程为：
3.3.1置i＝1；
3.3.2执行对I帧子数据分段的非紧急请求下载过程；
3.3.3置i＝i+1，判断是否i≤n-k，是则转过程3.3.2；否则执行子步骤3.4；
3.4在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的I帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
3.4.1置i＝1；
3.4.2判断缓存映射中是否存在I(p+i)帧子数据分段、且Im(p+i)的值等于0，是则执行过程3.4.3，否则执行过程3.4.4；
3.4.3判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对I(p+i)帧子数据分段的请求下载过程并执行过程3.4.4，否则直接执行过程3.4.4；
3.4.4置i＝i+1，判断是否i≤k，是则执行步骤3.4.2，否则执行子步骤3.5；
3.5在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的P帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
3.5.1置j＝1；
3.5.2置i＝1；
3.5.3判断缓存映射中是否存在P((p+i)，j)帧子数据分段、且Pm((p+i)，j)的值等于0，是则执行过程3.5.4，否则执行过程3.5.5；
3.5.4判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对P((p+i)，j)帧子数据分段的请求下载过程并执行过程3.5.5，否则直接执行过程3.5.5；
3.5.5置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程3.5.3，否则执行过程3.5.6；
3.5.6置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程3.5.2，否则执行子步骤3.6；
3.6在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的B帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
3.6.1置m＝1；
3.6.2置j＝1；
3.6.3置i＝1；
3.6.4判断缓存映射中是否存在B((p+i)，j，m)帧子数据分段、且Bm((p+i)，j，m)的值等于0，是则执行过程3.6.5，否则执行过程3.6.6；
3.6.5判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对B((p+i)，j，m)帧子数据分段的请求下载过程并执行过程3.6.6，否则直接执行过程3.6.6；
3.6.6置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程3.6.4，否则执行过程3.6.7；
3.6.7置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程3.6.3，否则执行过程3.6.8；
3.6.8置m＝m+1，判断是否m≤Bmax，是则转过程3.6.2，否则执行子步骤3.7；
3.7判断分界调整间隔T7是否到达，是则转子步骤3.8，否则转子步骤3.9；
3.8统计紧急下载缓存中I(p+k-1)帧子数据分块下载成功概率的平均值，再判断该平均值是否小于分块调整阈值，是则将紧急下载缓存的长度k增加1，转子步骤3.9；否则将紧急下载缓存的长度k减去1，转子步骤3.9；所述分块调整阈值为0.3～0.5，为0.3时，调整灵敏度较小，为0.5时，调整灵敏度较大；
3.9管理服务器判断当前对等节点的存活时间T1是否到达，是则转子步骤3.10，否则转子步骤3.11；
3.10管理服务器判断是否收到当前对等节点心跳消息，是则转子步骤3.11，否则管理服务器将该对等节点从管理服务器对等节点列表中删除，传输调度方法结束；
3.11当前对等节点判断播放点前移间隔T6是否到达，是则转子步骤3.12，否则转子步骤3.3；
3.12判断播放点处的图像组数据分段内各子数据分段缓存映射是否全为1，是则执行子步骤3.1；否则判断缓存映射为0的子数据分段的类型：I帧子数据分段转子步骤3.1，P帧子数据分段转过程3.12.1，B帧子数据分段转过程3.12.2；
3.12.1用该P帧子数据分段前面最相邻的已下载的I帧子数据分段或P帧子数据分段替代该未下载的P帧子数据分段，将该P帧子数据分段对应的缓存映射赋值为1，该P帧子数据分段补偿位赋值为1，转子步骤3.1；
3.12.2用该B帧子数据分段前面最相邻的已下载的I帧子数据分段或，P帧子数据分段替代未下载的B帧子数据分段，该B帧子数据分段对应的缓存映射赋值为1，该B帧子数据分段补偿位赋值为1，执行子步骤3.1。
所述的P2P流媒体视频数据传输调度方法，其特征在于：
所述播放启动步骤和正常播放步骤中，当前对等节点对I、P或B帧特定编号子数据分段的紧急请求下载过程为：
J1.根据周期性更新获得的最新缓存映射，随机选择具有该子数据分段的邻居对等节点作为父节点，执行过程J2；
J2.向该父节点发送一个该子数据分段的紧急下载请求，执行过程J3；
J3.判断紧急请求重发间隔T4是否到达，是则执行过程J4，否则结束此特定编号子数据分段下载过程；
J4.判断待下载特定编号子数据分段是否已下载，是则将此特定子数据分段对应的缓存映射赋值为1，结束此特定编号子数据分段下载过程，否则执行过程J1。
所述正常播放步骤中，当前对等节点对某个I帧子数据分段非紧急请求下载过程为：
F1.根据周期性更新获得的邻居对等节点最新缓存映射，当前对等节点对每个缓存映射为0的I帧子数据分段，计算拥有它的邻居对等节点数量N4；
F2.当前对等节点选择最小的N4值所对应的I帧子数据分段，若最小的N4值所对应的I帧子数据分段多于一个，则选择离播放点最近的I帧子数据分段；
F3.根据最新缓存映射，当前对等节点找到拥有该I帧子数据分段的邻居对等节点，随机选择其中一个作为父节点，向该父节点发送对此I帧子数据分段的非紧急下载请求；
F4.当前对等节点判断非紧急请求重发间隔T5是否到达，是则转过程F5，否则结束此子数据分段下载过程；
F5.当前对等节点判断所请求的帧子数据分段是否已下载，是则将此I帧子数据分段对应的缓存映射赋值为1，结束此I帧子数据分段下载过程，否则转过程F3。
本发明对播放点实施了应急补偿机制，在播放的时候对未被下载的P帧子数据分段或B帧子数据分段进行补偿操作，将对应的缓存映射标记为1，当移入已播放缓存之后，对应的缓存映射仍旧设置成为0。当收到该原始子数据分段后，将收到的该原始子数据分段覆盖到相应的经过补偿的子数据分段处，因此当前对等节点能够为其子节点提供准确的数据，避免错误数据的扩散。
本发明优先请求调度I帧子数据分段，其次是P帧子数据分段，最后是B帧子数据分段，可以在相同的丢包率情况下，优先请求下载相对重要的I帧子数据分段，因此能够保持较好的播放连续度；下载缓存中，将在紧急下载缓存中依次对I帧子数据分段、P帧子数据分段和B帧子数据分段分别沿播放点前移方向进行顺序调度和在非紧急下载缓存中对I帧子数据分段按照稀有优先原则调度相结合的方式。同时，播放缓存中对紧急下载缓存和非紧急下载缓存两个区域的边界可动态调整，能够动态适应网络环境的变化，因此可以在减少启动时间、增加播放连续度以及可扩展性上达到最佳折衷。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进一步说明。
T0：设置为30秒；
T1：设置为6×T0；
T2：设置为1.5秒；
T3：设置为1/(子数据分段播放速率×1.5)；
T4：设置为8×(1/子数据分段播放速率)；
T5：设置为12×(1/子数据分段播放速率)；
T6：设置为1/(图像组数据分段播放速率)；
T7：设置为40秒；
下载缓存长度n设置为40，紧急下载缓存长度k初始值设置为20。
如图1所示，为本发明的流程图，其步骤为：
一、初始化步骤，执行以下子步骤：
1.1、当前对等节点加入当前P2P网络，周期性连接服务器，获得并更新邻居对等节点列表，并与邻居节点连接；N1取值为30；
1.2、当前对等节点周期性地与连接的邻居对等节点交换缓存映像信息；
1.3、确定当前对等节点的起始播放点；N3取值为6；
二、播放启动步骤，执行以下子步骤：
2.1、在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中未下载的I帧子数据分段执行紧急请求下载；
2.2、在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中未下载的P帧子数据分段执行紧急请求下载；
2.3、在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中未下载的B帧子数据分段执行紧急请求下载；
2.4、判断紧急下载缓存中子数据分段缓存映射是否全部为1，是则转步骤3.1，否则转步骤2.1；
三、正常播放步骤，包括以下子步骤：
3.1、前移播放点，p＝p+1；
3.2、判断P帧或B帧子数据分段补偿位是否为1，是则先将对应的P帧或B帧子数据分段缓存映射赋值为0，再将对应的P帧或B帧子数据分段补偿位赋值为0，执行子步骤3.3；否则直接执行子步骤3.3；
3.3、在当前对等节点中，对非紧急下载缓存中未下载的I帧子数据分段执行非紧急请求下载；
3.4、在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中未下载的I帧子数据分段执行紧急请求下载；
3.5、在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中未下载的P帧子数据分段执行紧急请求下载；
3.6、在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中未下载的B帧子数据分段执行紧急请求下载；
3.7、判断分界调整间隔T7是否到达，是则转子步骤3.8，否则转子步骤3.9；
3.8、统计紧急下载缓存中I(p+k-1)帧子数据分块下载成功概率的平均值，再判断该平均值是否小于分块调整阈值，是则将紧急下载缓存的长度k增加1，否则将紧急下载缓存的长度k减去1；
3.9、管理服务器判断当前对等节点的存活时间T1是否到达，是则转子步骤3.10，否则转步骤3.11；
3.10、管理服务器判断是否收到当前对等节点心跳消息，是则转步骤S19，否则传输调度方法结束；
3.11、当前对等节点判断播放点前移间隔T6是否到达，是则转步骤3.3，否则转子步骤3.12；
3.12、判断播放点处的图像组数据分段内各子数据分段缓存映射是否全为1，是则转子步骤3.1，否则对当前播放点处图像组数据分段中缓存映射为0的P帧子数据分段或B帧子数据分段进行补偿操作，转子子步骤3.1。
Claims (3)
1.一种P2P流媒体视频数据传输调度方法，其步骤包括：
一、初始化步骤，执行以下子步骤：
1.1当前对等节点进入P2P网络，按连接间隔T0定时向管理服务器发心跳消息；同时从管理服务器的对等节点列表中随机获取N1个对等节点，若管理服务器对等节点列表中对等节点个数不足N1个，则从管理服务器对等节点列表中获取所有的对等节点；若所获取的对等节点在当前对等节点自身的对等节点列表中不存在，则增加入当前对等节点自身的对等节点列表中；N1＝10～50；
管理服务器收到各对等节点的心跳消息时，若此对等节点不在管理服务器对等节点列表中，则将此对等节点加入管理服务器对等节点列表中，并在管理服务器对等节点列表中开启此对等节点对应的地址存活定时器；若此对等节点已在管理服务器对等节点列表中，则将管理服务器对等节点列表中该对等节点的地址存活定时器清零；
当管理服务器对等节点列表中某对等节点对应的地址存活定时器存活时间T1到达，管理服务器仍未收到该对等节点的心跳信息，则在管理服务器的对等节点列表中删除该对等节点；
1.2当前对等节点根据自身的对等节点列表，连接邻居对等节点，每隔一个交换间隔T2，向邻居对等节点互相交换各自的缓存映射；从所获取的所有邻居对等节点的缓存映射中，获得每个邻居对等节点中已下载的连续的I帧子数据分段的最大序号Gi，i表示第i个邻居对等节点；
1.3确定当前对等节点的起始播放点
若p小于1，则令p＝1，转步骤二；N2为当前对等节点自身的对等节点列表中邻居对等节点个数；N3为整数，从5～10中随机选取；
二、播放启动步骤，执行以下子步骤：
2.1在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的I帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
2.1.1置i＝1；
2.1.2判断缓存映射中是否存在I(p+i)帧子数据分段、且Im(p+i)的值等于0，是则执行过程2.1.3，否则执行过程2.1.4；
2.1.3判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对I(p+i)帧子数据分段的紧急请求下载过程，再执行过程2.1.4，否则直接执行过程2.1.4；
2.1.4置i＝i+1，判断是否i≤k，是则执行过程2.1.2，否则执行子步骤2.2，k为紧急下载缓存长度；
2.2在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的P帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
2.2.1置j＝1；
2.2.2置i＝1；
2.2.3判断缓存映射中是否存在P((p+i)，j)帧子数据分段、且Pm((p+i)，j)的值等于0，是则执行过程2.2.4，否则执行过程2.2.5；
2.2.4判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对P((p+i)，j)帧子数据分段的紧急请求下载过程，再执行过程2.2.5，否则直接执行过程2.2.5；
2.2.5置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程2.2.3，否则执行过程2.2.6；
2.2.6置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程2.2.2，否则执行子步骤2.3；
2.3在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的B帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
2.3.1置m＝1；
2.3.2置j＝1；
2.3.3置i＝1；
2.3.4判断缓存映射中是否存在B((p+i)，j，m)帧子数据分段、且Bm((p+i)，j，m)的值等于0，是则执行过程2.3.5，否则执行过程2.3.6；
2.3.5判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对B((p+i)，j，m)帧子数据分段的紧急请求下载过程，再执行过程2.3.6，否则直接执行过程2.3.6；
2.3.6置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程2.3.4，否则执行过程2.3.7；
2.3.7置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程2.3.3，否则执行过程2.3.8；
2.3.8置m＝m+1，判断是否m≤Bmax，是则转过程2.3.2，否则执行子步骤2.4；
2.4判断紧急下载缓存中子数据分段的缓存映射的值是否全部为1，是则转步骤三，否则转子步骤2.1；
三、正常播放步骤，包括以下子步骤：
3.1前移播放点，p＝p+1；
3.2判断P帧或B帧子数据分段补偿位是否为1，是则先将对应的P帧或B帧子数据分段缓存映射赋值为0，再将对应的P帧或B帧子数据分段补偿位赋值为0，执行子步骤3.3；否则直接执行子步骤3.3；
3.3在当前对等节点中，对非紧急下载缓存中I帧子数据分段执行非紧急请求下载，过程为：
3.3.1置i＝1；
3.3.2执行对I帧子数据分段的非紧急请求下载过程；
3.3.3置i＝i+1，判断是否i≤n-k，是则转过程3.3.2；否则执行子步骤3.4；
3.4在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的I帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
3.4.1置i＝1；
3.4.2判断缓存映射中是否存在I(p+i)帧子数据分段、且Im(p+i)的值等于0，是则执行过程3.4.3，否则执行过程3.4.4；
3.4.3判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对I(p+i)帧子数据分段的请求下载过程并执行过程3.4.4，否则直接执行过程3.4.4；
3.4.4置i＝i+1，判断是否i≤k，是则执行步骤3.4.2，否则执行子步骤3.5；
3.5在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的P帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
3.5.1置j＝1；
3.5.2置i＝1；
3.5.3判断缓存映射中是否存在P((p+i)，j)帧子数据分段、且Pm((p+i)，j)的值等于0，是则执行过程3.5.4，否则执行过程3.5.5；
3.5.4判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对P((p+i)，j)帧子数据分段的请求下载过程并执行过程3.5.5，否则直接执行过程3.5.5；
3.5.5置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程3.5.3，否则执行过程3.5.6；
3.5.6置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程3.5.2，否则执行子步骤3.6；
3.6在当前对等节点中，从播放点p开始，对紧急下载缓存中的B帧子数据分段执行紧急请求下载，过程为：
3.6.1置m＝1；
3.6.2置j＝1；
3.6.3置i＝1；
3.6.4判断缓存映射中是否存在B((p+i)，j，m)帧子数据分段、且Bm((p+i)，j，m)的值等于0，是则执行过程3.6.5，否则执行过程3.6.6；
3.6.5判断请求发送间隔T3是否到达，是则执行对B((p+i)，j，m)帧子数据分段的请求下载过程并执行过程3.6.6，否则直接执行过程3.6.6；
3.6.6置i＝i+1，判断是否i≤k，是则转过程3.6.4，否则执行过程3.6.7；
3.6.7置j＝j+1，判断是否j≤Pmax，是则转过程3.6.3，否则执行过程3.6.8；
3.6.8置m＝m+1，判断是否m≤Bmax，是则转过程3.6.2，否则执行子步骤3.7；
3.7判断分界调整间隔T7是否到达，是则转子步骤3.8，否则转子步骤3.9；
3.8统计紧急下载缓存中I(p+k-1)帧子数据分块下载成功概率的平均值，再判断该平均值是否小于分块调整阈值，是则将紧急下载缓存的长度k增加1，转子步骤3.9；否则将紧急下载缓存的长度k减去1，转子步骤3.9；所述分块调整阈值为0.3～0.5，为0.3时，调整灵敏度较小，为0.5时，调整灵敏度较大；
3.9管理服务器判断当前对等节点的存活时间T1是否到达，是则转子步骤3.10，否则转子步骤3.11；
3.10管理服务器判断是否收到当前对等节点心跳消息，是则转子步骤3.11，否则管理服务器将该对等节点从管理服务器对等节点列表中删除，传输调度方法结束；
3.11当前对等节点判断播放点前移间隔T6是否到达，是则转子步骤3.12，否则转子步骤3.3；
3.12判断播放点处的图像组数据分段内各子数据分段缓存映射是否全为1，是则执行子步骤3.1；否则判断缓存映射为0的子数据分段的类型：I帧子数据分段转子步骤3.1，P帧子数据分段转过程3.12.1，B帧子数据分段转过程3.12.2；
3.12.1用该P帧子数据分段前面最相邻的已下载的I帧子数据分段或P帧子数据分段替代该未下载的P帧子数据分段，将该P帧子数据分段对应的缓存映射赋值为1，该P帧子数据分段补偿位赋值为1，转子步骤3.1；
3.12.2用该B帧子数据分段前面最相邻的已下载的I帧子数据分段或，P帧子数据分段替代未下载的B帧子数据分段，该B帧子数据分段对应的缓存映射赋值为1，该B帧子数据分段补偿位赋值为1，执行子步骤3.1。
2.如权利要求1所述的P2P流媒体视频数据传输调度方法，其特征在于：
所述播放启动步骤和正常播放步骤中，当前对等节点对I、P或B帧特定编号子数据分段的紧急请求下载过程为：
J1.根据周期性更新获得的最新缓存映射，随机选择具有该子数据分段的邻居对等节点作为父节点，执行过程J2；
J2.向该父节点发送一个该子数据分段的紧急下载请求，执行过程J3；
J3.判断紧急请求重发间隔T4是否到达，是则执行过程J4，否则结束此特定编号子数据分段下载过程；
J4.判断待下载特定编号子数据分段是否已下载，是则将此特定子数据分段对应的缓存映射赋值为1，结束此特定编号子数据分段下载过程，否则执行过程J1。
3.如权利要求1所述的P2P流媒体视频数据传输调度方法，其特征在于：
所述正常播放步骤中，当前对等节点对某个I帧子数据分段非紧急请求下载过程为：
F1.根据周期性更新获得的邻居对等节点最新缓存映射，当前对等节点对每个缓存映射为0的I帧子数据分段，计算拥有它的邻居对等节点数量N4；
F2.当前对等节点选择最小的N4值所对应的I帧子数据分段，若最小的N4值所对应的I帧子数据分段多于一个，则选择离播放点最近的I帧子数据分段；
F3.根据最新缓存映射，当前对等节点找到拥有该I帧子数据分段的邻居对等节点，随机选择其中一个作为父节点，向该父节点发送对此I帧子数据分段的非紧急下载请求；
F4.当前对等节点判断非紧急请求重发间隔T5是否到达，是则转过程F5，否则结束此子数据分段下载过程；
F5.当前对等节点判断所请求的帧子数据分段是否已下载，是则将此I帧子数据分段对应的缓存映射赋值为1，结束此I帧子数据分段下载过程，否则转过程F3。
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