基于P2P的流媒体技术研究(2)

    节点能力或者说异构性级别(Capacity or Heterogeneity Level)的概念至关重要。我们将节点的能力概括为一个包括网络访问带宽、处理器主频、内存容量及外存访问延迟等参数的向量。对于特定的流媒体应用而言，与服务质量关系最为密切的参数就是节点带宽。因此，在我们的模型中，我们把节点的网络访问带宽作为最关键的参数，并根据这个参数来为节点定级。带宽还能很好的描述节点的异构性。这里节点的信息被存储在数据库中，当一个节点请求数据时，节点管理模块通过访问数据库得到节点需要的路由信息，并发送给相应节点，请求节点就向相应的节点发起请求，建立连接，进行数据的传输。

3.2.1  节点间通信的实现

    1) 节点间通信的建立过程

    节点之间的通信遵循“请求-应答”的模式。节点成功登录服务器后在特定的端口监听来自其它节点的请求。想要发出请求的节点根据请求的类型和内容在内存中生成相应格式的信息，然后向目的节点的监听端口发出连接请求，建立连接后，把信息放入输出流。被请求节点收到请求后，取出并解析请求信息，根据它的类型和内容作出相应的动作。

    2)节点状态

    每两个建立连接的节点之间，一个节点中对另一个节点设置两个状态：阻塞(choking)与感兴趣(interesting )，这两个状态仅在两个连接的节点之间。“阻塞”表示是否愿意给对方传送数据，如果节点阻塞对方，表示该节点就不会给对方传送数据，对方即使向该节点请求下载，该节点也不会回应。只有当该节点通知对方取消阻塞，对方才能开始向该节点请求下载。“感兴趣”表示对方是否有该节点需要的数据，如果有，那么该节点对对方感兴趣，否则不感兴趣。实际上，节点还需要保存对方对该节点的两个状态，也就是说，节点对每个连接保存了四个布尔值：（1）am_choking：对方被阻塞；（2）am_interesting：对对方感兴趣；（3）am_choked：被对方阻塞（4）am_interested：对方对自己感兴趣。其中前两个值是自己设置的，后两个值是根据对方的通知来设置的。初始值阻塞为1，感兴趣为0。当节点不阻塞对方，且对方对该节点感兴趣时，节点才有可能向对方传送数据。

    3)节点间数据交换过程

    通过节点间通信的建立过程后就开始节点的数据交换过程。节点间通信才是实际的P2P通信，文件的传输都是在这一部分完成的。节点之间通信是基于TCP协议之上的。

3.2.2   编/解码层数据组织

    为了方便节点之间交换缓存信息，需要对媒体数据进行离散化的表示。为了适应网络的异构性，在P2PStreaming中部署了分层多描述编码，码流首先由一个基本层和多个增强层组成，然后对基础层采用MDC，分别用： 代表每一个层，其中n表示分层的数量，m表示基础层描述的数量。在把每一个层 离散成时间长度相等的片段(每个片断的时间为T)，每一层都用一个缓存映射 来表示节点中是否拥有某个片断的数据。节点通过更新伙伴的BM来了解伙伴的缓存情况。在本文中，假设每个片断代表一秒的数据，用一个滑动窗口( Sliding window)来代表BM，大小为30个片断，BM中用30个比特来记录，每个比特代表一个片断是否存在，1表示有这个片断，0表示没有。

3.2.3  伙伴列表的管理

    系统内的每个节点自己维护一个伙伴列表Partnerlist，节点可以从伙伴节点获取媒体数据。其实，源节点作为一个特殊的节点是所有节点的伙伴，但不承担下载数据的责任。节点和伙伴节点不断的交换各自的缓存信息，然后根据伙伴的缓存信息，通过一定的数据调度算法从伙伴节点获取媒体数据。

    在P2P系统中，各个异构的对等点共享各自的资源，某些对等点乐于提供服务，某些对等点可能是恶意的，不能够提供满足质量的服务，而在分布式的环境下，没有一个中心节点来对其进行监控，传统的安全技术主要是采用授权认证，只能防范已知的恶意节点，对于那些未知对等点和提供可变质量服务的对等点无能为力，因而需要建立一种节点安全信任模型来区分搭档的好坏^[6]。

4.2.1  不正确的路由查询

    第二代P2P，比如chord，CAN等的查找协议需要维护路由表来进行节点路由定位，恶意节点可以将某个查询请求发往错误或者不存在的节点，从而导致路由失败，请求重传。因为恶意节点也可以参与到路由更新算法中，他不能够从其它节点的路由表中完全删除，这样重传的请求会被再次发送到恶意节点。对于这一问题，可以通过节点追踪来解决，查询请求的每一跳所路径的节点关键字都应该不断的向目标关键字靠拢，一旦违反了这一规律就可以断定路由存在错误，返回到上一个正确节点从新进行发送。这种办法需要每个节点具有跟踪查询请求的能力，路由的每步对于请求的发送方都是可见的。

4.2.2  不正确的路由更新

    各个对等点的路由信息都是通过其他节点获得的，给恶意节点以机会可乘，恶意节点可以不断发送不正确的路由更新信息，从而破环了其它节点路由表信息的准确性，这种攻击的后果是一些无辜的节点会把路由请求发送到不正确的或者不存在的节点上去。但是如果系统能给正确的路由更新消息某种标志，让其他节点可以识别路由更新消息的真伪，这一问题就会迎刃而解。比如，在Pastry中，每一个路由更新消息需要各个表入口有一个正确的前缀。这样不正确的路由更新可以很容易的识别，只有当一个节点被证实是可达时，才能被更新到路由表中。

    本文提出了一个新的P2P Streaming模型，该模型融合了P2P技术和C/S技术的优点，可以在网络带宽效率、延时和可靠性三者之间做出更好的权衡。该模型通过C/S的方式组织节点而通过P2P的方式分发数据。该模型克服了传统C/S模式的不能支持大规模范围的缺陷，并通过引入MDC有效地解决了网络异构性问题，使不同类型用户都能观看视频。

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