CN107396207B - 一种基于特征优先级的p2p数据调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于特征优先级的P2P数据调度方法，该方法解决了传统分片调度策略中存在的只关注部分类型分片，而忽略其它类型分片的问题。本发明根据分片特征将分片划分成紧急分片、锚点分片、稀有分片和普通分片等四种分片，并且锚点设置不再像传统的锚点策略那样简单地将视频等分，而是根据视频分片被请求的频率来设置锚点。每种分片的下载优先级由高到低设置，当高优先级的分片下载完毕，次优先级的分片就开始下载，直至四种分片都下载完成。本发明提出的分片调度方案，保障视频播放流畅性同时，提供良好的用户操作体验，并增加系统中稀有分片的副本数量。

Description

一种基于特征优先级的P2P数据调度方法

技术领域

本发明是一种基于特征优先级的P2P数据调度策略，属于多媒体通信技术领域。

背景技术

近年来，基于P2P的视频点播服务应用快速发展，相关的技术受到研究人员的高度重视。在P2P视频点播系统中，存在多个对等节点。每个对等节点可以同时充当服务器和客户端。由于大多数视频传输发生在对等节点之间，从而有效减轻视频服务器压力。然而在P2P网络中，也面临着视频点播服务质量不高和网络节点计算资源利用率低等问题，为解决这些问题人们提出了多种数据分片调度策略，如紧急策略、随机策略和最少紧急混合策略等。

紧急策略，是指节点优先选择距离当前播放时间最近的分片进行下载。公开号为CN102025645A的专利提出了一种紧急调度方法，该方法认为离播放点越近的分片其下载优先级越高而离播放点越远的分片其下载优先级越低。公开号为CN103327415A的专利提出了一种加速下载视频的方法，该方法按照播放的顺序把分片加入到下载队列中，下载队列中靠前的分片较小，而靠后的分片较大。公开号为CN103905917A的专利提出一种基于双窗口的分片调度方法，该方法将依据离播放点的距离划分得到两个大小相等的子窗口(紧急窗口和一般窗口)，其中紧急窗口会紧急下载一般窗口下载失败的分片，起到及时补漏的作用。紧急策略能够有效提高视频播放的流畅性，但会导致靠近视频开始时的分片副本较多而临近视频结束时的分片副本较少，这会使得观看同一视频不同内容的两个节点很难互相为对方提供分片。

随机策略，是指节点随机选择分片进行下载。公开号为CN104506897A的专利提出了一种加权随机分片选择方法，距离当前播放点越远的分片权重越大，距离越近的分片权重越低。公开号为CN103001986A的专利提出了一种基于P2P的下载方法及点播系统，该方法中将首先按照播放的时间顺序下载分片，当下载的数据量达到预定时，则开始随机下载分片而不再顺序下载。随机策略具有分片资源利用率高、应对突发访问能力强等优点，但是在异构的网络环境中效果差，性能不稳定且会影响视频播放的流畅性。

最少紧急混合策略，是指节点将分片的优先级用最少优先级和紧急优先级的加权和来表示。公开号为CN102904833A的专利提出了一种自适应的P2P流媒体数据片选择方法，该方法提出一句计算分片的紧急调度优先级和稀有调度优先级得到最终分片的优先级。公开号为CN101969459A的专利提出了一种控制数据块分布的方法，该方法认为在下载紧急分片的同时需要考虑分片在网络中的实时分布情况，并依此来增加稀有分片的副本数量。最少紧急混合策略既考虑了紧急分片(即临近当前视频播放点的分片)和稀有分片(即在P2P网络中分片副本较少的分片)，保证用户观看视频流畅的同时也提高了分片的分发效率。但是，在用户快进、快退和跳转等操作较为频繁的情况下，该策略的性能也不太理想，比如会出现视频起播时延较大等问题，其中视频起播时延是指用户在快进、快退和跳转等VCR操作(即用户交互操作)后等待视频再次播放的时间。

上述的分片调度策略虽然有各自优点，但也存在一些缺陷。主要原因在于它们没有综合考虑分片之间的差异性。基于此，本发明提出了一种基于特征优先级的数据分片调度策略。

发明内容

针对传统分片调度策略中存在的只关注部分类型分片，而忽略其它分片的问题，本发明提出了一种基于分片特征的数据分片调度策略。该策略综合考虑各种分片的特征，有效解决传统分片调度策略存在的缺陷，从而保障视频播放流畅性同时，提供良好的用户操作体验。

一种基于特征优先级的P2P数据调度方法，包括以下步骤：步骤1：请求节点向索引服务器发送某视频的内容定位请求，获取能提供该视频分片的节点集，然后从中选出部分节点作为可服务节点，其中可服务节点的数量与普通节点的性能和上传带宽成正比，性能和上传带宽越好，可服务节点的数量就越多，若是可服务节点的数量少于设定阈值，则将视频源节点也作为可服务节点；步骤2：请求节点向视频源节点发送获取视频分片服务次数的请求，接着将分片序列号根据视频源节点返回的分片服务次数存到一个队列中，某分片的服务次数越多，该分片的序列号在队列中的次序就越靠前；步骤3：请求节点划分视频分片类型，首先从当前视频播放点开始，加上设定的时间长度，计算出当前视频播放的紧急区域，并将其区域内的分片划分成紧急分片；接着从步骤2生成的队列中取出并删除一个分片序列号，若该分片既不是紧急分片也不是锚点分片，那么就将其作为一个锚点的起点分片，生成一个锚点，并将该锚点内的分片划分为锚点分片，重复该操作直至锚点数量达到要求的锚点个数，然后统计每个分片的副本在可服务节点集中的持有状况，若是持有该分片副本的节点的个数小于等于设定的参数，并且该分片既不是紧急分片也不是锚点分片，那么把该分片划分成稀有分片；最后将当前视频播放点之后剩下来还没有划分类型的分片划分为普通分片；步骤4：请求节点下载内容分片，如果有紧急分片，节点就优先把紧急分片下载下来；紧急分片下载完毕，节点将会优先下载锚点分片；锚点分片下载完成后再下载稀有分片，最后稀有分片也下载完成，则下载普通分片直到整个视频下载结束。

其中，本发明根据分片特征分成四种类型：紧急分片、锚点分片、稀有分片和普通分片。

紧急分片是指临近播放点一段持续时间内所涵盖的分片。本发明中将这段持续时间区间称为紧急区域，并且该紧急区域长度可以根据具体情况而定。在本发明中为了确保视频播放的连续性，将紧急分片下载的优先级设定最高。

锚点分片是指为实现用户VCR操作后能够快速起播而下载的标记分片。本发明提出了根据锚点分片的优先级预先下载锚点分片的方法，以减少视频跳跃后需要下载的分片数量。一般情况下，锚点分片会成组的出现，即多个连续的锚点分片合成一组成为一个锚点。本发明把用户高频请求的视频分片作为锚点的起点分片(即锚点的第一个分片)，视频锚点的时长或个数通常将根据视频的时长而定，时长越长锚点的时长或个数会相应增大。当用户进行VCR等操作时，会定位到离跳跃的播放点最近的锚点，并将其作为视频再次播放的位置，从而实现视频跳转后快速播放的效果。

稀有分片是指在P2P系统中具有少量副本的分片。通常，稀有分片储存在少数几个节点中。然而，这些节点可能会收到大量的下载请求，这就大大增加了它们的工作负担。因此，本发明提出根据稀有分片的优先级提前传输这些稀有分片，以增加系统中稀有分片的副本数量，加速稀有分片的资源在网络中扩散。将统计系统中每个分片的副本份数，当副本份数小于等于某阈值时，则该分片为稀有分片，其中该阈值与系统中的节点个数有关，节点越多阈值越大。

普通分片是指在当前播放点之后既不在紧急区域内，也不在任何锚点内，并且在P2P系统网络中拥有较多副本的分片。本发明中普通分片的下载策略是按照分片时间的顺序进行下载。

所述可服务节点集中的节点数量设置为20。

所述锚点的位置根据分片服务次数决定。

持有分片副本的节点的个数小于等于设定阈值时，将该分片划分为稀有分片。

有益效果：

1、本发明采用的紧急分片优先下载策略保证了视频内容播放的流畅性，能够有效解决视频播放常见的卡顿问题。

2、本发明采用的锚点分片划分方法和在紧急分片下载完毕后，优先下载锚点分片的调度策略，能够有效减少VCR操作后的起播时延。

3、本发明采用的在紧急和锚点分片下载完成后，优先下载稀有分片的策略，能有效增加稀有分片在P2P网络中的副本数量并提高系统分片的分发效率。

附图说明

图1为本发明基于特征优先级的P2P数据调度方法实施例紧急分片示意图；

图2为本发明实施例锚点分片示意图；

图3为本发明实施例稀有分片示意图；

图4为本发明P2P视频点播系统框架示意图；

图5为P2P系统中基于特征优先级的分片调度方法流程示意图；

图6为P2P系统中基于特征优先级的分片调度方法获取可服务节点集流程图；

图7为本发明P2P系统中基于特征优先级的分片调度策略请求节点下载内容分片流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

当用户选择视频内容时，普通节点首先向索引服务器发送视频资源定位请求。接着索引服务器将向发送请求的节点返回可以提供该视频内容的普通节点的列表。然后，发送请求的节点将根据节点选择策略从返回的列表中筛选出一部分为其提供视频资源的可服务节点。最后，发送请求的节点将与这些选出来的可服务节点建立连接并从其下载视频内容。本实施例分片调度方法就是应用于请求节点和服务节点之间的视频下载。

当请求节点开始准备向服务节点请求分片时，本实施例将按照图5所述的流程开始请求分片，具体包括：

步骤1：获取可服务节点，如图6所示。

步骤1-1：请求节点向索引服务器发送内容定位请求，其中把要播放的视频ID作为请求参数。

步骤1-2：索引服务器接受到请求节点发送的请求后，将根据请求参数视频ID找到持有该视频分片副本的所有节点，然后将这些节点存入一个节点集合中并返回给请求节点。

步骤1-3：请求节点接受到索引服务器返回的节点集合后，选出部分节点作为可服务节点，若是可服务节点的数量少于某个阈值时，那么就将视频源节点也作为可服务节点，在本发明中将该阈值设置为20。

步骤2：获取分片服务次数。

步骤2-1：请求节点以视频的序列号作为请求参数，向视频源节点发送获取视频分片服务次数请求。

步骤2-2：视频源节点收到普通节点发送的获取视频分片服务次数请求，根据视频序列号找出该视频所有分片服务次数。再将找出的每条记录以分片序列号为键、分片的服务次数为值生成一个键值对。然后将所有生成的键值对存放到一个集合中。最后向请求节点返回该集合。

步骤2-3：请求节点接收到视频源节点返回的键值对集合，首先将集合中的键值对按照值的大小倒序排序(值越大的键值对，在集合中就越靠前)，然后将键(即分片序列号)依次存入一个队列中，最后得到存有该视频所有内容分片序列号的队列，其中分片服务次数越多分片序列号在队列中越靠前。

步骤3：划分视频内容分片类型。

步骤3-1：从当前视频播放点开始，加上设定的时间长度，计算出当前视频播放的紧急区域，并将其区域内的分片划分成紧急分片，然后将该分片的序列号存入紧急分片请求队列中。在本发明中，我们该设定的时间长度默认设置为10秒。

步骤3-2：从步骤2-3生成的队列中取出并删除一个分片序列号，若该分片既不是紧急分片也不是锚点分片，那么就可将其作为一个新锚点的起点分片，生成一个新锚点，并将该锚点内的分片划分为锚点分片,然后将该分片的序列号存入锚点分片请求队列中，重复步骤3-2直至锚点数量达到要求的锚点个数。其中由于P2P视频点播系统中一般的视频文件时长都大于10分钟，所以在本发明中锚点的时长设置为10秒，锚点个数默认为21个。

步骤3-3：统计视频每个分片的副本在可服务节点集中的持有状况，当持有该分片副本的节点的个数小于等于某个阈值并且既不是紧急分片也不是锚点分片，那么我们将会把该分片划分成稀有分片，然后将这些稀有分片的序列号按持有这些分片副本的节点个数从小到大的排序，接着依次存入稀有分片请求队列中。在本发明中，我们将该阈值设置成3。

步骤3-4：将当前播放点之后的视频内容剩下的分片划分成普通分片，然后将分片ID存入普通分片请求队列中。

步骤4：请求节点下载内容分片，如图7所示。

步骤4-1：如果步骤3-1生成的紧急分片队列不为空，那么我们将从中取出并删除一个分片序列号，向持有该分片的节点发送内容分片下载请求，服务节点收到下载请求后返回该内容分片，重复步骤4-1直至紧急分片队列为空。

步骤4-2：如果步骤3-2生成的锚点分片队列不为空，那么我们将从中取出并删除一个分片序列号，向持有该分片的节点发送内容分片下载请求，服务节点收到下载请求后返回该内容分片，重复步骤4-2直至锚点分片队列为空。

步骤4-3：如果步骤3-3生成的稀有分片队列不为空，那么我们将从中取出并删除一个分片序列号，向持有该分片的节点发送内容分片下载请求，服务节点收到下载请求后返回该内容分片，重复步骤4-3直至稀有分片队列为空。

步骤4-4：如果步骤3-4生成的普通分片队列不为空，那么我们将从中取出并删除一个分片序列号，向持有该分片的节点发送内容分片下载请求，服务节点收到下载请求后返回该内容分片，重复步骤4-4直至普通分片队列为空。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (4)

1.一种基于特征优先级的P2P数据调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：请求节点向索引服务器发送某视频的内容定位请求，获取能提供该视频分片的节点集，然后从中选出部分节点作为可服务节点，其中可服务节点的数量与普通节点的性能和上传带宽成正比，性能和上传带宽越好，可服务节点的数量就越多，若是可服务节点的数量少于设定阈值，则将视频源节点也作为可服务节点；

步骤2：请求节点向视频源节点发送获取视频分片服务次数的请求，接着将分片序列号根据视频源节点返回的分片服务次数存到一个队列中，某分片的服务次数越多，该分片的序列号在队列中的次序就越靠前，具体包括：

步骤2-1：请求节点以视频的序列号作为请求参数，向视频源节点发送获取视频分片服务次数请求；

步骤2-2：视频源节点收到普通节点发送的获取视频分片服务次数请求，根据视频序列号找出该视频所有分片服务次数；再将找出的每条记录以分片序列号为键、分片的服务次数为值生成一个键值对；然后将所有生成的键值对存放到一个集合中；最后向请求节点返回该集合；

步骤2-3：请求节点接收到视频源节点返回的键值对集合，首先将集合中的键值对按照值的大小倒序排序，值越大的键值对，在集合中就越靠前，然后将键依次存入一个队列中，最后得到存有该视频所有内容分片序列号的队列，其中分片服务次数越多分片序列号在队列中越靠前；

步骤3：请求节点划分视频分片类型，首先从当前视频播放点开始，加上设定的时间长度，计算出当前视频播放的紧急区域，并将其区域内的分片划分成紧急分片；接着从步骤2生成的队列中取出并删除一个分片序列号，若该分片既不是紧急分片也不是锚点分片，那么就将其作为一个锚点的起点分片，生成一个锚点，并将该锚点内的分片划分为锚点分片，重复该操作直至锚点数量达到要求的锚点个数，然后统计每个分片的副本在可服务节点集中的持有状况，若是持有该分片副本的节点的个数小于等于设定的参数，并且该分片既不是紧急分片也不是锚点分片，那么把该分片划分成稀有分片；最后将当前视频播放点之后剩下来还没有划分类型的分片划分为普通分片；

步骤4：请求节点下载内容分片，如果有紧急分片，节点就优先把紧急分片下载下来；紧急分片下载完毕，节点将会优先下载锚点分片；锚点分片下载完成后再下载稀有分片，最后稀有分片也下载完成，则下载普通分片直到整个视频下载结束。

2.根据权利要求1所述的P2P数据调度方法，其特征在于：所述可服务节点集中的节点数量设置为20。

3.根据权利要求1所述的P2P数据调度方法，其特征在于：所述锚点的位置根据分片服务次数决定。

4.根据权利要求1所述的P2P数据调度方法，其特征在于：持有分片副本的节点的个数小于等于设定阈值时，将该分片划分为稀有分片。