TWI431997B - 用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法及系統 - Google Patents

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TWI431997B
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Description

用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法及系統
本揭露是有關於一種即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法及系統。
傳統的多媒體串流技術多採用主從式(Server-Client)網路傳遞架構，主要由伺服器供應多媒體內容串流服務給需要之用戶端。然而，採用此種主從式網路傳遞架構，在同一時間使用者大量增加的情況下，伺服器終將因為硬體條件或網路頻寬到達上限而不堪負荷，甚至可能因為單一伺服器突然的中斷(例如：硬體設備發生問題、網路斷線等)，使得整體服務終止。
點對點(Peer-to-Peer，P2P)網路架構則可解決主從式網路傳遞架構中，伺服器超出負載的問題，在即時碼流傳輸的應用中，樹狀點對點(Tree-Based P2P)網路傳輸是最常見的P2P傳輸模式，然而傳統的樹狀點對點網路，因節點加入順序不同可能造成「傳輸瓶頸」。詳言之，在群播樹傳輸中，如果建構樹狀結構的原則是以節點頻寬為參考依據的話，就會因為實際節點加入的順序而造成頻寬演算法無法最佳化，嚴重的話可能造成整棵樹傳輸的「瓶頸」或「傳輸中斷」。圖1A及圖1B繪示傳統群播樹之傳輸瓶頸的範例。其中，在節點頻寬與數量已知的情況下，圖1A為理想依據頻寬順序所建立之最小深度的群播樹。然而，在實際情況中，節點加入順序並非可以預知的，因此多數頻寬能力低的節點比頻寬能力高的節點較早進入服務，那麼就有可能建立出上層負載能力很小的群播樹，以至於影響整棵樹的深度與傳輸穩定度，此種情形我們稱之為群播樹的「瓶頸」，如圖1B所示。
另一方面，傳統群播樹傳輸架構的一個嚴重問題是上層節點的斷線將會造成下方大量節點的傳輸中斷，甚至整棵子樹崩解，這個問題如果發生在上述瓶頸之情況下，情況就會更加的嚴重，因此應盡量減少上層節點變動之頻率，以增加群播樹之穩定度。圖2繪示傳統群播樹傳輸中上層節點斷線造成下層節點子樹崩解的範例。由圖2可知，當群播樹中的上層節點斷線時，其下層節點子樹會連帶崩解，而造成大量節點的傳輸中斷。
本揭露提供一種用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法及系統，可改進樹狀點對點即時串流網路的節點連線機制，以提升群播樹傳輸的品質，並減少節點傳輸中斷的機率。
本揭露提出一種用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，適於傳輸一即時媒體碼流至群播樹下的多個節點。此方法係根據各個節點底下可負擔的子節點數目及所累積的在線時間，計算各個節點的信賴值，然後依據各個節點的子節點數目及信賴值，試算出這些節點排列後的群播樹的理想情況─「理想信賴群播樹」，作為調整節點位置的參考。最後，依據各個節點的信賴值大小，由大至小依序調整各個節點在群播樹中的位置，使得調整後的節點在群播樹與理想信賴群播樹中的階層差異為最小。
本揭露提出一種用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，適於管理群播樹下的多個節點以傳輸一即時媒體碼流。此系統包括目標建立模組及節點調整模組。其中，目標建立模組係根據各個節點底下可負擔的子節點數目及所累積的在線時間，計算各個節點的信賴值，以及依據各個節點的子節點數目及信賴值，將這些節點重新排列以建立一個理想信賴群播樹。節點調整模組係依據各個節點之信賴值的大小，由大至小依序調整各個節點在群播樹中的位置，使得調整後的節點在群播樹與理想信賴群播樹中的階層差異為最小。
基於上述，本揭露之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法及系統係以節點頻寬、在線時間與相對延遲作為依據，動態調整群播樹節點的位置，並於調整過程中採用跳躍式的更新方式，如此一來不但可以更全面的考量群播樹中所有節點，亦可更快速達到更新目的。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本揭露提出一種「多參數調適樹」(Multi-Para metered Adaptive Tree，MPAT)演算法，依據群播樹中各個節點的頻寬能力、在線時間與相對延遲，動態調整群播樹節點的位置，藉以減少群播樹之深度與傳輸延遲，另外於調整過程中採用跳躍式更新方式，以更快速達到更新的目的。本揭露考量的主要參數分為：
(1)　節點頻寬能力：在群播樹傳輸架構中，節點之頻寬能力直接影響整體群播樹的深度及傳輸延遲，因此本揭露以動態調整之方式，將頻寬能力較佳的節點置於群播樹的上層位置，藉以減少群播樹深度與傳輸延遲，並解決因加入順序而造成的「傳輸頻頸」；
(2)　節點在線時間：在網路協定電視(Internet Protocol Television，IPTV)的服務中，服務初期使用者常常會先進入頻道觀看是否為有興趣之節目內容，如果不感興趣，即離開該頻道；若使用者已經觀看一段時間(例加：觀看即時球賽或電影至一半時)，該使用者離線機率相對低很多。對此，由統計數據可知，節點壽命之機率分佈大致上會趨近於「對數常態分佈」(LogNormal distribution)。
(3)節點間相對延遲：本揭露考量即時媒體碼流的傳輸應用，於群播樹調整過程中加入相對延遲的考量，期望透過真實網路環境量測，反應更新前後群播樹整體之延遲情況，藉以衡量動態調整的必要性與成本，再進行調整節點的動作。
詳言之，本揭露係將節點頻寬能力BWCapacity (p i )定義為群播樹中各個節點p i 負載節點之能力(可負擔之子節點數)，其計算公式如下：
其中，c (p i )表示節點p i 底下已連結的子節點數目；b (p i )表示節點可支援的最大頻寬；f (p i )表示節點p i 目前已使用之頻寬；r 表示單位即時媒體碼流的位元率(kB/s)。其中，將各個節點p i 可支援的最大頻寬b (p i )減去目前已使用之頻寬f (p i )，可獲得剩餘頻寬，而將此剩餘頻寬除以即時媒體碼流的位元率r ，即可估算出節點p i 可再負擔的額外節點數目。最後，將節點p i 的額外節點數目加上節點底下已連結的子節點數目，即可獲得節點p i 底下可負擔的子節點數目。
需說明的是，本揭露還進一步將節點p i 的子節點數目及在線時間量化為頻寬分數及時間分數，並分別將頻寬分數及時間分數乘上對應的一個權重值後加總，以獲得節點p i 的信賴值。
舉例來說，頻寬分數B(p i )是將前述的節點頻寬能力BWCapacity (p i )量化後所得的結果，例如是將節點頻寬能力BWCapacity (p i )除以系統中所有節點頻寬能力的最大值BWC_Max 後再乘以10，其計算公式如下：
同理，時間分數T (p i )是將節點p i 加入後至當下所經過的在線時間TimeDuration (p i )量化後所得的結果，例如是將在線時間TimeDuration (p i )除以在線時間的最大值TD_Max 後再乘以10，其計算公式如下：
在取得節點p i 的頻寬分數B (p i )及時間分數T (p i )之後，接著即可由系統或使用者依據實際的環境或需求，分別乘上對應的權重值α及1-α後加總，而獲得節點p i 的信賴值Reliability (p i )，其計算公式如下：
Reliability (p i )=α×B (p i )+(1-α)×T (p i )
在群播樹中節點信賴值已知之情況下(假設總節點數目為m 個)，我們可以依據節點之信賴值大小給予節點編號，表示為p 0 ,p 1 ,...,p m ，使得這些節點的信賴值符合Reliability (p 0 ) Reliability (p 1 )... Reliability (p m )的條件。在節點負載頻寬限制下，將節點編號小至大順序排列建構出的群播樹，在此稱之為「理想信賴群播樹」。
舉例來說，圖3是依照本揭露一實施例所繪示之理想信賴群播樹的範例。請參照圖3，假設總共有十一個節點加入系統，系統會依上述方法計算出每個節點可負擔之子節點數目以及信賴值，然後依照各個節點之信賴值的大小，將這些節點排序並取名為節點p 0 ~p 10 。其中，圖3中各個節點上方的數字即代表此節點可負擔的子節點數目BWCapacity (p i )，下方的數字則代表節點的信賴值Reliability (p i )，而依照節點編號由小至大依序排列所建構的群播樹即為理想信賴群播樹。
詳言之，在本實施例中，系統是取信賴值最大的節點p 0 做為最小深度樹的父節點，然後再依據剩餘節點之信賴值的大小，由大至小依序將剩餘節點加入做為父節點p 0 底下的子節點p 1 、p 2 、p 3 ，此子節點的數目等於父節點底下可負擔的子節點數目。之後，系統即重複此步驟，將各個子節點(即子節點p 1 、p 2 、p 3 )做為父節點，而繼續將剩餘節點加入各個子節點底下，直到所有節點均加入為止，即完成理想信賴群播樹。
承上述，本揭露之MPAT演算法即利用上述計算所得的各項參數，並對照理想信賴群播樹之情況，實際調整群播樹中節點的位置，以達到快速更新的目的。本揭露之MPAT演算法的流程架構主要分為以下三個部分：(1)新增節點的參加模式(Join Mode)；(2)節點動態更新的調整模式(Adaptive Mode)；(3)節點離開的離開模式(Leave Mode)。
舉例來說，圖4是依照本揭露一實施例所繪示之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統的示意圖。請參照圖4，本實施例的傳輸系統400包括節點新增模組410、節點調整模組420及節點離開模組430。
首先，每當有新節點加入時，傳輸系統400即會進入參加模式，而由節點新增模組410透過其選擇機制選取父節點以進行IPTV的收播服務440。詳言之，每當有新節點加入群播樹時，節點新增模組410會在群播樹中尋找可負擔節點尚未滿載的一個節點做為目標節點，以將新節點加入做為此目標節點的子節點。
在收播過程中每間隔一段週期調整時間(adaptive time)，傳輸系統400即進入動態更新的調整模式，此時會由節點調整模組420先進行更新成本之評估，計算更新後群播樹所改善之傳輸延遲，如果所改善之延遲時間大於更新所需之調整時間，則進行節點的調整模式。節點調整模組420調整完群播樹所有節點後，節點開始進行父節點更新的動作(若父節點沒變即不用更新)，而更新後的節點即可進行更穩定之收播。
在收播過程中若有父節點離開，傳輸系統400即進入離開模式，由節點離開模組430選擇祖父節點做為新的父節點；若祖父節點已滿載，則父節點下的節點即重新進入參加模式以尋找新的父節點。詳言之，每當群播樹中有一個舊節點離開時，節點離開模組430即會判斷此舊節點的父節點是否足以負擔舊節點的所有子節點。其中，若判斷可負擔，節點離開模組430會將舊節點的所有子節點連接至父節點；反之，若判斷不可負擔，節點離開模組430則會依據父節點目前可負擔之子節點數目，將舊節點的部分子節點加入做為父節點的子節點，以及將舊節點的其餘子節點做為新節點而重新加入群播樹。
以下則介紹各個模式的詳細步驟。
關於參加模式：此模式的設計主要是希望新加入的節點可以先把群播樹的上層位置填滿，使群播樹之分支可平衡，並藉以減少群播樹深度。其中，每當有新節點pi 想要加入服務頻道時；系統即先從頻道的群播樹中選擇節點負擔能力還沒滿載之節點({p i |,BWCapacity(p i ) -C(p i ) >0})；接著，在找出的所有還沒滿載節點之中，選擇位於群播樹最高階層的節點做為父節點候選人；最後，在選擇所有的父節點候選人中，選擇信賴值(Reliability)最大的節點做為父節點加入新節點pi ，並開始收播。
舉例來說，圖5A至圖5D是依照本揭露一實施例所繪示之參加模式的範例。請先參照圖5A，當有新節點pi 欲加入群播樹時，系統會從頻道的群播樹中選擇節點負擔能力還沒滿載之節點(如圖5B中以斜線標示的節點)；接著，在找出的所有還沒滿載節點之中，選擇位於群播樹最高階層的節點做為父節點候選人(如圖5C中的節點P1及P2)；最後，在選擇所有的父節點候選人中，選擇信賴值(Reliability)最大的節點做為父節點加入新節點pi (如圖5D中的節點P1)，並開始收播。
關於調整模式：此模式主要使用「跳躍式」的調整方式，藉由比較垂直與水平兩方向之節點，跳躍式的加入或交換節點位置，藉以更新群播樹的傳輸狀態，如此一來不但可以減少節點交換之次數以更快速地達到更新目的，更可較全面的考量群播樹所有節點情況，使得調整結果更趨於理想情況。
圖6是依照本揭露一實施例所繪示之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統的方塊圖，圖7則是依照本揭露一實施例所繪示之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法的流程圖。請同時參照圖6及圖7，本實施例之傳輸系統600主要包括目標建立模組610及節點調整模組620，適於管理群播樹下的多個節點，以傳輸即時媒體碼流。以下則說明本實施例之傳輸方法的詳細步驟：
首先，由目標建立模組610根據各個節點底下可負擔之子節點數目及所累積之在線時間，計算各個節點的信賴值(步驟S702)，並接著依據各個節點之子節點數目及信賴值，試算出重新排列節點所建立之理想信賴群播樹(步驟S704)。
詳言之，目標建立模組610可再區分為節點數目計算單元611、信賴值計算單元612及深度樹建立單元613。其中，傳輸系統600例如是先由節點數目計算單元611計算各個節點底下可負擔之子節點數目，然後再由信賴值計算單元611分別將各個節點的子節點數目及在線時間量化為頻寬分數及時間分數，然後分別將頻寬分數及時間分數乘上對應之權重值後加總，而獲得節點的信賴值。最後，由深度樹建立單元613依據各個節點之子節點數目及信賴值，重新排列節點以建立理想信賴群播樹。其中，深度樹建立單元613例如是取信賴值最大的節點做為理想信賴群播樹的父節點，並依據剩餘節點之信賴值的大小，由大至小依序將剩餘節點加入做為父節點底下的子節點，這些子節點的數目等於父節點底下可負擔之子節點數目。然後，將各個子節點做為父節點，繼續將剩餘節點加入各個子節點底下，直到所有節點均加入為止，即完成理想信賴群播樹。
在目標建立模組610完成理想信賴群播樹的建立之後，節點調整模組620即可依據各個節點之信賴值的大小，由大至小依序調整各個節點在群播樹中的位置，使得調整後之節點在群播樹與理想信賴群播樹中的階層差異為最小(步驟S706)。
詳言之，節點調整模組620在調整節點位置時，例如是依照各個節點之信賴值的大小決定調整的順序，信賴值愈大的節點即代表其在線時間較久且可負擔子節點數目較多，若將其調動至群播樹的上層，較不影響群播樹的整體架構，故本實施例即優先調整信賴值較大的節點。此外，節點調整模組620在調整節點位置時，還會參考此節點在先前建立之理想信賴群播樹中的階層，而儘量將其調整至該階層，以使調整後之節點在群播樹與理想信賴群播樹的階層差異為最小，而達到本揭露減少群播樹深度與傳輸延遲的目的。
需說明的是，為了使調整後之節點在群播樹與理想信賴群播樹中的階層差異為最小，本實施例還包括將節點調整模組620區分為成本評估單元621、位置比較單元622、節點選擇單元623、參數比較單元624、位置交換單元625及位置更新單元626，以選擇合適的節點進行搬移或交換。以下則再舉一實施例詳細說明。
圖8是依照本揭露一實施例所繪示之節點位置調整方法的流程圖。請參照圖8，本實施例之方法的運作流程主要分為六個部分：(1)初始狀態；(2)與理想情況之比較；(3)節點選擇；(4)參數比較；(5)節點位置交換；(6)節點位置更新，而這些部分則分別由節點調整模組620中的成本評估單元621、位置比較單元622、節點選擇單元623、參數比較單元624、位置交換單元625及位置更新單元626來執行。上述各部分的詳細說明如下：
(1)初始狀態：假設目前群播樹中有m個節點，在傳輸即時媒體碼流的過程中，每當到達週期性的調整時間點(adaptive time)時，成本評估模組621即先進行更新成本之評估，計算群播樹進行更新調整後所改善的延遲時間，並與調整群播樹中節點位置所需之連線時間比較。其中，若更新所改善之延遲時間並沒有大於調整群播樹中節點位置所需之連線時間，則不進行節點位置更新，而直接採用目前的群播樹架構接收IPTV收播服務630；當所改善之延遲時間大於調整群播樹中節點位置所需之連線時間，則交由位置比較單元622開始進行節點位置的調整。在進行調整節點位置初始，位置比較單元622會將這m個節點依據其信賴值的大小給予編號pi ([0,m ])。其中，信賴值越大的節點編號越小，在調整時依據節點的編號順序(由編號小至大)各別調整位置，同時可依據節點編號順序與節點頻寬負載能力建立出一個理想信賴群播樹來做為系統的當下可建立群播樹之理想情況。
(2)與理想情況之比較：經過上述建立的步驟每個節點pi 會存在兩個「位置」參數，一個是實際在系統群播樹中的階層l(pi )；另一個則是該節點位於理想群播樹的階層lI (pi )，此階層可視為是該節點的「理想位置」。據此，在此步驟中位置比較單元622會先比較節點實際階層l(pi )是否大於理想位置lI (pi )，若成立表示該節點位置尚未達到理想，因此可使節點pi 進入節點選擇步驟(3)，以進行進一步的位置調整；反之，若l(pi )小於或等於lI (pi )，則可使節點pi 直接進入節點位置更新步驟(6)，並等待其它節點進行更新。
(3)節點選擇：若在前一個步驟中已判斷節點位置尚未達到「理想位置」時，則進入節點選擇模式，此部分的步驟為：(i)一開始節點選擇單元623即選擇理想位置的上一階層節點做加入成為子節點之動作，其目的是為了透過加入的方式使節點pi 能更新至理想位置階層；(ii)若理想位置的上一層節點都已滿載，則節點選擇單元623即退而選擇當下位於理想位置階層的節點p j 並進行參數比較步驟(4)及節點位置交換步驟(5)，此步驟的目的主要是利用比較兩節點之參數分數並透過交換的方式，使節點pi 能更新至理想階層；(iii)若理想階層之節點的分數都高於節點pi ，則節點選擇單元623即退而把理想位置下降一層，並回到與理想情況之比較步驟(2)，重新進行位置比較的步驟以及上述的節點位置更新步驟(i)、(ii)，直到理想階層與節點所在階層相等為止。
(4)參數比較：此步驟的主要目的是由參數比較單元624將節點選擇步驟(3)之步驟(ii)所選出的節點p j 與待更新節點pi 進行位置交換前的參數分數比較，比較之目的是希望將參考參數分數值較高者調整到群播樹的上層位置。在參數分數方面，則考慮到節點的頻寬、在線時間與延遲等三個參數。然而，由於節點延遲為相對參數，因此在比較模式中將參數分成兩階段考慮：(i)首先參數比較單元624會比較兩節點的之信賴值，如果下層節點之信賴值大於上層節點，則加入延遲參數。此延遲參數的定義是在交換前後參數之比較結果中，若上下層節點交換後總延遲較小，即支持兩節點交換，因此定義下層節點pi 延遲參數D (pi )為正值，上層節點p j 延遲參數D (p j )為負值，反之亦然；(ii)求得節點之延遲參數後，參數比較單元624即進行兩節點之優先值Priority (pi )的比較，如果下層節點之優先值大於上層節點之優先值Priority (pi )，即進入節點位置交換步驟(5)以進行兩節點的位置交換。其中，上述的優先值Priority (pi )係用以表示節點之頻寬、在線時間與相對延遲之聯合參數，其計算公式如下：
Priority (p i )=β×Reliability (p i )+(1-β)×D (p i )
其中，β為一可調權重常數值，而Reliability (p i )則為節點pi 的信賴值。
(5)節點位置交換：此部分主要目的是在參數比較步驟(4)之交換條件成立下而進行節點之交換位置的動作，主要流程為：(i)由位置交換單元625判斷目前節點與目標節點之間是否具備一垂直傳輸關係(如父子節點)，如果交換節點之間不具備垂直傳輸關係，即直接進行位置交換；(ii)如果交換節點間為垂直傳輸關係，位置交換單元625就會再考慮下層節點pi 是否具備負擔新節點之能力。其中，如果位置交換單元625判斷下層節點pi 不足以負擔新節點，則交換後上層節點p j 應進行重新加入之動作；(iii)另外，為了避免節點換位過程中子節點之變動，因此對於參與交換節點之所有子節點需保持與原先父節點之連線。
(6)節點位置更新：最後一個部分則是等待群播樹中所有節點都進行上述步驟後，由位置更新單元626依據每一節點的更新結果進行父節點之重新連接並進行收播；統一重新連接之目的主要是希望減少因為節點更新所造成的畫面跳動之現象。
圖9A至圖9R是依照本揭露一實施例所繪示之調整群播樹中節點位置的範例。其中，圖9A係繪示系統的原始群播樹，此原始群播樹中的每個節點已依照其信賴值的大小依序編號為p0~p19。其中，各個節點p0~p19上方的數字即代表此節點可負擔的子節點數目，下方的數字則代表此節點的信賴值，而依照節點p0~p19可負擔的子節點數目以及信賴值，即可將節點p0~p19重新排列而建立理想信賴群播樹以做為理想情況(如圖9B所示)。以下即依照順序依序調整節點p0~p19在原始群播樹中的位置，以使調整後之節點在原始群播樹與理想信賴群播樹中的階層差異為最小。
調整節點p0：如圖9C所示，節點p0係位於原始群播樹的最上層，故不調整其位置。
調整節點p1：節點p1在圖9C所繪示之原始群播樹中的階層數為3，但在圖9D所繪示之理想群播樹中的階層數則為1。此時系統即會先找原始群播樹中位於第1階層之上一階層(即第0階層)的節點p0以將節點p1加入做為子節點。然而，由於節點p0可負擔的子節點數目已滿，故退而找尋原始群播樹中位於第1階層的節點p9，以與節點p1交換位置(如圖9E所示)，調整後的結果則如圖9F所示。其中，節點p9是圖9E所繪示之原始群播樹中位於第1階層之所有節點中信賴值最小者。
調整節點p2：節點p2在圖9G所繪示之原始群播樹中的階層數為2，但在圖9H所繪示之理想群播樹中的階層數則為1。同樣地，系統會先找原始群播樹中位於第1階層之上一階層(即第0階層)的節點p0以將節點p1加入做為子節點。然而，由於節點p0可負擔的子節點數目已滿，故退而找尋原始群播樹中位於第1階層的節點p7，以與節點p2交換位置(如圖9I所示)，調整後的結果則如圖9J所示。其中，節點p7是圖9I所繪示之原始群播樹中位於第1階層之所有節點中信賴值最小者。
調整節點p3：節點p3在圖9K所繪示之群播樹中的階層數為1，而在圖9L所繪示之理想群播樹中的階層數也為1，因此不調整其位置。
調整節點p4：節點p4在圖9K所繪示之群播樹中的階層數為3，而在圖9L所繪示之理想群播樹中的階層數則為2，因此系統會先找原始群播樹中位於第2階層之上一階層(即第0階層)的節點p1以將節點p4加入做為子節點(如圖9M所示)，調整後的結果則如圖9N所示。其中，節點p7是圖9M所繪示之原始群播樹中位於第1階層之所有節點中信賴值最大者。
調整節點p5：節點p4在圖9K所繪示之群播樹中的階層數為3，而在圖9L所繪示之理想群播樹中的階層數則為2，因此系統會先找原始群播樹中位於第2階層之上一階層(即第0階層)的節點p1以將節點p4加入做為子節點(如圖9M所示)，調整後的結果則如圖9N所示。其中，節點p7是圖9M所繪示之原始群播樹中位於第1階層之所有節點中信賴值最大者。
調整節點p6~p9：根據上述規則，由圖9O所繪示之群播樹可知，節點p6係調整做為節點p1的子節點；節點p7不調整位置；節點p8及節點p9均調整做為節點p2的子節點，調整後的結果如圖9P所示。
調整節點p10~p11：根據上述規則，由圖9Q所繪示之群播樹可知，節點p10係與節點p19交換位置，而節點p11則與節點p17交換位置，調整後的結果如圖9R所示。
經由上述的調整步驟，系統已成功地將群播樹由圖9A所繪示的原始群播樹調整至圖9R所繪示的群播樹，而成功地將群播樹的深度由5個階層(即階層0~4)減小為4個階層(即階層0~3)。
關於離開模式：在此模式中，為了減少子孫節點重新找尋新的父節點的次數，系統會盡量以斷線節點的父節點做為子節點新的父節點；而與斷線節點沒有直接連線關係的孫節點則保持原來的父節點。
舉例來說，圖10A至圖10F是依照本揭露一實施例所繪示之參加模式的範例。請先參照圖10A，若目前斷線之節點pi 的父節點p (pi )在節點pi 斷線後還具備可以負擔節點pi 所有子節點之能力，則節點pi 之所有子節點將會以p (pi )為它們新的父節點(如圖10B所示)；而對於與pi 沒有直接連線關係的孫節點則保持原來的父節點(如圖10C所示)。另外，若斷線之節點pi 的父節點p (pi )在節點pi 斷線後不具備可以負擔節點pi 所有子節點之能力(如圖10D所示)，則系統會從節點pi 所有子節點中選擇p (pi )尚可以負擔節點做為p (pi )的新子節點(如圖10E所示)，而剩下父節點p (pi )無法負擔之節點pi 的子節點則重新進入參加模式，以選擇新的父節點，所有與節點pi 沒有直接連線關係的孫節點則保持原來的父節點(如圖10F所示)。
綜上所述，本揭露之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法係以節點頻寬、在線時間與相對延遲作為依據，動態調整群播樹節點的位置，並於調整過程中採用跳躍式更新方式，藉以解決樹狀點對點網路中因節點加入順序不同可能造成之「傳輸瓶頸」，減少群播樹中節點斷線之頻率，並增加媒體傳輸之穩定度。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110、120、200、52．．．群播樹
400、600．．．傳輸系統
410．．．節點新增模組
420．．．節點調整模組
430．．．節點離開模組
440．．．網路協定電視收播服務
610．．．目標建立模組
611．．．節點數目計算單元
612．．．信賴值計算單元
613．．．深度樹建立單元
620．．．節點調整模組
621．．．成本評估單元
622．．．位置比較單元
623．．．節點選擇單元
624．．．參數比較單元
625．．．位置交換單元
626．．．位置更新單元
S702~S706．．．本揭露一實施例之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法的各步驟
圖1A及圖1B繪示傳統群播樹之傳輸瓶頸的範例。
圖2繪示傳統群播樹傳輸中上層節點斷線造成下層節點子樹崩解的範例。
圖3是依照本揭露一實施例所繪示之理想信賴群播樹的範例。
圖4是依照本揭露一實施例所繪示之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統的示意圖。
圖5A至圖5D是依照本揭露一實施例所繪示之參加模式的範例。
圖6是依照本揭露一實施例所繪示之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統的方塊圖。
圖7則是依照本揭露一實施例所繪示之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法的流程圖。
圖8是依照本揭露一實施例所繪示之節點位置調整方法的流程圖。
圖9A至圖9R是依照本揭露一實施例所繪示之調整群播樹中節點位置的範例。
圖10A至圖10F是依照本揭露一實施例所繪示之參加模式的範例。
S702~S706．．．本揭露一實施例之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法的各步驟

Claims (28)

  1. 一種用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，適於傳輸一即時媒體碼流至一群播樹下的多個節點，該方法包括下列步驟：根據各該些節點底下可負擔之一子節點數目及所累積之一在線時間，計算各該些節點的一信賴值；依據各該些節點之該子節點數目及該信賴值，重新排列該些節點以建立一理想信賴群播樹；以及依據各該些節點之該信賴值的大小，由大至小依序調整各該些節點在該群播樹中的一位置，使得調整後之該節點在該群播樹與該理想信賴群播樹中的階層差異為最小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中在依據各該些節點之該信賴值的大小，由大至小依序調整各該些節點在該群播樹中的該位置，使得調整後之該節點在該群播樹與該理想信賴群播樹中的該階層差異為最小的步驟之前，更包括：每當到達週期性的一調整時間點時，評估調整該群播樹中該些節點之位置所需之一重新連線時間以及調整後所改善之一延遲時間；若所改善之該延遲時間大於調整所需之該重新連線時間時，進行該群播樹中該些節點位置的調整；以及若所改善之該延遲時間小於等於調整所需之該重新連線時間時，進行該群播樹中該些節點位置的調整。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流 之點對點網路傳輸方法，其中在根據各該些節點底下可負擔之該子節點數目及所累積之該在線時間，計算各該些節點的該信賴值的步驟之前，更包括：將各該些節點可支援之一最大頻寬減去目前已使用之頻寬，獲得一剩餘頻寬；將該剩餘頻寬除以該即時媒體碼流之一位元率，以估算該節點可再負擔之一額外節點數目；以及將該節點之該額外節點數目加上該節點底下已連結之子節點數目，獲得該節點底下可負擔之該子節點數目。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中根據各該些節點底下可負擔之該子節點數目及所累積之該在線時間，計算各該些節點的該信賴值的步驟包括：分別將各該些節點的該子節點數目及該在線時間量化為一頻寬分數及一時間分數；以及分別將該頻寬分數及該時間分數乘上對應之一權重值後加總，以獲得該節點的該信賴值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中依據各該些節點之該子節點數目及該信賴值，重新排列該些節點以建立該理想信賴群播樹的步驟包括：取該信賴值最大的節點做為該理想信賴群播樹的一父節點；依據剩餘節點之該信賴值的大小，由大至小依序將剩 餘節點加入做為該父節點底下的至少一子節點，該至少一子節點的數目等於該父節點底下可負擔之該子節點數目；以及重複上一步驟，將各該至少一子節點做為父節點，而繼續將剩餘節點加入各該至少一子節點底下，直到所有節點均加入為止，完成該理想信賴群播樹。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中依據各該些節點之該信賴值的大小，由大至小依序調整各該些節點在該群播樹中的該位置，使得調整後之該節點在該群播樹與該理想信賴群播樹中的該階層差值為最小的步驟包括：比較目前所要調整之一目前節點在該群播樹中的一目前階層以及在該理想信賴群播樹中的一理想階層；若該目前階層大於該理想階層，進行該節點位置的調整；以及若該目前階層小於等於該理想階層，不進行該節點位置的調整。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中進行該節點位置調整的步驟包括：選擇該群播樹中位於該理想階層之上一階層的至少一節點之一做為一目標節點，將該目前節點及其所有子節點整個移到該目標節點底下，以做為該目標節點的子節點。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用於即時媒體碼流 之點對點網路傳輸方法，其中選擇該群播樹中位於該理想階層之上一階層的至少一節點之一做為該目標節點，將該目前節點及其所有子節點整個移到該目標節點底下，以做為該目標節點的子節點的步驟更包括：判斷是否位於該理想階層之上一階層的所有節點都已滿載；若有節點未滿載，將該目前節點及其所有子節點整個移到該目標節點底下，以做為該目標節點的子節點；以及若都已滿載，選擇該群播樹中位於該理想階層的至少一節點之一做為該目標節點，將該目前節點與該目標節點交換位置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中選擇該群播樹中位於該理想階層的至少一節點之一做為該目標節點，將該目前節點與該目標節點交換位置的步驟更包括：判斷是否位於該理想階層的所有節點的信賴值都高於該目前節點的信賴值；若有節點的信賴值小於等於該目前節點的信賴值，選擇該節點做為該目標節點，將該目前節點與該目標節點交換位置；以及若都大於該目前節點的信賴值，將該理想階層下降一層，並重新進行上述步驟直到該理想階層與該節點所在之該目前階層相等為止。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之用於即時媒體碼流 之點對點網路傳輸方法，其中選擇該群播樹中位於該理想階層的至少一節點之一做為該目標節點，將該目前節點與該目標節點交換位置的步驟更包括：比較該目前節點與該目標節點位置交換前後的一總延遲參數；若交換後的該總延遲參數小於交換前的該總延遲參數，將該目前節點與該目標節點交換位置；以及若交換後的該總延遲參數大於等於交換前的該總延遲參數，不將該目前節點與該目標節點交換位置。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中選擇該群播樹中位於該理想階層的至少一節點之一做為該目標節點，將該目前節點與該目標節點交換位置的步驟更包括：判斷該目前節點與該目標節點之間是否具備一垂直傳輸關係；若不具備該垂直傳輸關係，直接將該目前節點與該目標節點交換位置；若具備該垂直傳輸關係，繼續判斷該目前節點是否足以負擔一新節點；若足以負擔該新節點，將該目前節點與該目標節點交換位置；以及若不足以負擔該新節點，將該目前節點與該目標節點交換位置，並將交換後的該目標節點重新加入該群播樹。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流 之點對點網路傳輸方法，其中依據各該些節點之該信賴值的大小，由大至小依序調整各該些節點在該群播樹中的一位置的步驟更包括：依據各該些節點的一調整結果，重新連結該群播樹中的該些節點；以及傳輸該即時媒體碼流至重新連結後的該些節點。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，更包括：每當有一新節點加入該群播樹時，在該群播樹中尋找可負擔節點尚未滿載的至少一節點之一做為一目標節點，以將該新節點加入做為該目標節點的子節點。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，其中該新節點所加入的該目標節點為所尋找之該至少一節點中所在階層最高且該信賴值最大的節點。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸方法，更包括：每當有一舊節點離開該群播樹時，判斷該舊節點的一父節點是否足以負擔該舊節點的所有子節點；若可負擔，將該舊節點的所有子節點連接至該父節點；以及若不可負擔，依據該父節點目前可負擔之該子節點數目，將該舊節點的部分子節點加入做為該父節點的子節點，以及將該舊節點的其餘子節點做為一新節點重新加入 該群播樹。
  16. 一種用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，適於管理一群播樹下的多個節點以傳輸一即時媒體碼流，該系統包括：一目標建立模組，根據各該些節點底下可負擔之一子節點數目及所累積之一在線時間，計算各該些節點的一信賴值，以及依據各該些節點之該子節點數目及該信賴值，重新排列該些節點以建立一理想信賴群播樹；以及一節點調整模組，依據各該些節點之該信賴值的大小，由大至小依序調整各該些節點在該群播樹中的一位置，使得調整後之該節點在該群播樹與該理想信賴群播樹中的一階層差異為最小。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，更包括：一成本評估模組，每當到達週期性的一調整時間點時，評估調整該群播樹中該些節點之位置所需之一重新連線時間以及調整後所改善之一延遲時間，並在所評估之該延遲時間大於該重新連線時間時，控制該節點調整模組進行該群播樹中該些節點位置的調整。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該目標建立模組包括：一信賴值計算單元，分別將各該些節點的該子節點數目及該在線時間量化為一頻寬分數及一時間分數，以及分別將該頻寬分數及該時間分數乘上對應之一權重值後加 總，以獲得該節點的該信賴值；以及一深度樹建立單元，取該信賴值最大的節點做為該理想信賴群播樹的一父節點，並依據剩餘節點之該信賴值的大小，由大至小依序將剩餘節點加入做為該父節點底下的至少一子節點，該至少一子節點的數目等於該父節點底下可負擔之該子節點數目，以及將各該至少一子節點做為父節點，而繼續將剩餘節點加入各該至少一子節點底下，直到所有節點均加入為止，完成該理想信賴群播樹。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該目標建立模組更包括：一節點數目計算單元，將各該些節點可支援之一最大頻寬減去目前已使用之頻寬，獲得一剩餘頻寬，將該剩餘頻寬除以該即時媒體碼流之一位元率，以估算該節點可再負擔之一額外節點數目，以及將該節點之該額外節點數目加上該節點底下已連結之子節點數目，獲得該節點底下可負擔之該子節點數目。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該節點調整模組包括：一位置比較單元，比較目前所要調整之一目前節點在該群播樹中的一目前階層以及在該理想信賴群播樹中的一理想階層，若該目前階層大於該理想階層，進行該節點位置的調整，而若該目前階層小於等於該理想階層，不進行該節點位置的調整。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之用於即時媒體碼 流之點對點網路傳輸系統，其中該節點調整模組更包括：一節點選擇單元，選擇該群播樹中位於該理想階層之上一階層的至少一節點之一做為一目標節點，將該目前節點及其所有子節點整個移到該目標節點底下，以做為該目標節點的子節點。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該節點選擇單元更包括判斷是否位於該理想階層之上一階層的所有節點都已滿載，若有節點未滿載，將該目前節點及其所有子節點整個移到該目標節點底下，以做為該目標節點的子節點，而若都已滿載，選擇該群播樹中位於該理想階層的至少一節點之一做為該目標節點，將該目前節點與該目標節點交換位置。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該節點調整模組更包括：一參數比較單元，判斷是否位於該理想階層的所有節點的信賴值都高於該目前節點的信賴值，若有節點的信賴值小於等於該目前節點的信賴值，選擇該節點做為該目標節點，將該目前節點與該目標節點交換位置，若都大於該目前節點的信賴值，將該理想階層下降一層，並由該節點選擇單元重新選擇該目標節點以進行節點位置的調整，直到該理想階層與該節點所在之該目前階層相等為止。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該參數比較單元更包括比較該目前節點與該目標節點位置交換前後的一總延遲參 數，若交換後的該總延遲參數小於交換前的該總延遲參數，將該目前節點與該目標節點交換位置，而若交換後的該總延遲參數大於等於交換前的該總延遲參數，不將該目前節點與該目標節點交換位置。
  25. 如申請專利範圍第21項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該節點調整模組更包括：一位置交換單元，判斷該目前節點與該目標節點之間是否具備一垂直傳輸關係，若不具備該垂直傳輸關係，直接將該目前節點與該目標節點交換位置，而若具備該垂直傳輸關係，繼續判斷該目前節點是否足以負擔一新節點，其中若足以負擔該新節點，將該目前節點與該目標節點交換位置，而若不足以負擔該新節點，將該目前節點與該目標節點交換位置，並將交換後的該目標節點重新加入該群播樹。
  26. 如申請專利範圍第16項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，其中該節點調整模組更包括：一位置更新單元，依據各該些節點的一調整結果，重新連結該群播樹中的該些節點，而傳輸該即時媒體碼流至重新連結後的該些節點。
  27. 如申請專利範圍第16項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，更包括：一節點新增模組，每當有一新節點加入該群播樹時，在該群播樹中尋找可負擔節點尚未滿載的至少一節點之一做為一目標節點，以將該新節點加入做為該目標節點的子 節點。
  28. 如申請專利範圍第16項所述之用於即時媒體碼流之點對點網路傳輸系統，更包括：一節點離開模組，每當有一舊節點離開該群播樹時，判斷該舊節點的一父節點是否足以負擔該舊節點的所有子節點，其中若可負擔，將該舊節點的所有子節點連接至該父節點；以及若不可負擔，依據該父節點目前可負擔之該子節點數目，將該舊節點的部分子節點加入做為該父節點的子節點，以及將該舊節點的其餘子節點做為一新節點重新加入該群播樹。
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