CN102447974B - 一种p2p视频点播***合作数据预取方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种P2P视频点播***合作数据预取方法，包括：当一个结点加入到P2P视频点播***后，该结点建立一个以其为主结点的合作组或者加入到一个已建立的合作组中；合作组内的主结点确定合作组的数据预取范围，并生成数据获取任务，且定期将数据获取任务分配给合作组内所有结点，合作组内的所有结点按照所分配的数据预取范围获取相应的数据，并且将所获取的数据信息发送给主结点。该方法针对结点缓存的有限性，提出了多结点合作预取并共享数据的方法，尽可能地增加预取数据的数量，进而提高随机搜索的数据命中率，有效的缩短***响应用户随机搜索操作的等待时间，从而保证视频播放的连续性。

Description

一种P2P视频点播***合作数据预取方法

技术领域

本申请涉及视频点播技术领域，特别是涉及一种对等P2P视频点播***合作数据预取方法。

背景技术

基于P2P(Peer-to-Peer，对等)视频点播***技术的流媒体直播与点播***具有良好的可扩展性，可以较低的成本实现大规模的流媒体应用。视频点播***允许用户在任何时间选择观看感兴趣的视频内容，并且支持随机搜索、暂停、快进快退等交互式操作，因而更受用户欢迎。

然而，用户在播放时的随机搜索行为改变了连续播放的数据需求模式，且随机搜索行为具有很强的不确定性。在P2P视频点播***流媒体***中，频繁的随机搜索行为会严重影响用户观看视频的流畅性。当用户进行随机搜索操作时，播放进度发生了改变，原来的邻居结点通常不能满足当前新的数据需求。这种情况下，结点的缓存功能失去作用。在P2P视频点播***流媒体***中，数据来源于源服务器或其它对等结点，在新的邻居结点列表建立之前，只能从源服务器获取数据，从而增加了源服务器的压力。若等待建立新的邻居结点列表，从随机搜索操作到再次播放将经历较长的时延。并且无论从何而来，现场获取数据用于满足播放需求都需要一定的时间。

为了减小随机搜索操作带来的时延，可以设计优化的数据存储策略，使用户尽可能在本地得到满足随机搜索需求所需要的数据块。因此，如何设计好缓存或存储策略，对于缩短响应时延、降低源服务器负载和提高观看流畅性非常重要。

数据预取机制首先预测***将来的数据需求，然后利用空闲资源提前获取部分数据。在P2P视频点播***中，如果可以预取部分数据块并保存在本地，当用户执行随机搜索操作时，首先在本地预取的数据集中查找。若预取数据可以满足随机搜索的需要，则可以有效缩短用户随机搜索操作的响应时间，同时减轻源服务器的负荷。数据预取需解决两个关键问题，即取什么和由谁来取。现有的数据预取方法通常假定用户的随机搜索操作范围有限或毫无规律，因而采用顺序预取或随机预取策略。另外，现有的方法依据单个结点的带宽和存储能力决定预取数据块的数量。由于单个结点的传输能力和存储空间有限，结点只能预取少量数据块甚至无法预取，从而限制了数据预取的作用。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种P2P视频点播***合作数据预取方法，可以在有限的预取缓存条件下达到较为理想的预取数据命中率，从而可以有效缩短***响应用户随机搜索操作的等待时间，提高P2P视频点播***视频点播的服务质量。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种对等P2P视频点播***合作数据预取方法，包括以下步骤：

当一个结点加入到P2P视频点播***后，该结点建立一个以其为主结点的合作组或者加入到一个已建立的合作组中，所述合作组中包括一个主结点和若干个成员结点，并且主结点的播放进度与成员结点的播放进度的差距在预设阈值内；

所述合作组内的主结点确定所述合作组的数据预取范围，并根据所述数据预取范围生成数据预取任务，且定期将所述数据预取任务分配给所述合作组内所有结点；

所述合作组内的所有结点按照所分配的数据预取任务获取相应的数据，并且将所获取的数据信息发送给主结点。

优选地，当一个结点加入到P2P视频点播***后，以该结点为主结点建立一个合作组或者将该结点加入到已建立的合作组中新加入的，具体为：

当一个结点加入到P2P视频点播***后，该结点定期检测是否处于某一个合作组内；

如果否，该结点将向所有邻居结点发出建立一个合作组的邀请信息，所述邀请信息内携带有该结点的当前播放进度；

该结点接收所有邻居结点的答复消息，判断建立合作组所需的结点数据是否达到建组要求数量；

如果是，则建立一个以该结点为主结点的合作组，并向被邀请加入的结点发送确认消息；如果否，则该结点向所有邻居结点发送加入请求，所述加入请求内携带有该结点的当前播放进度，若所述加入请求被某一个合作组接受，则该结点加入到该合作组中。

优选地，所述合作组内的主结点确定所述合作组的数据预取范围具体为：

所述合作组内的主结点根据其所在的合作组的缓存大小以及当前播放时间点，利用用户随机搜索距离概率分布函数来确定数据预取范围。

优选地，所述合作组内的主结点定期将所述数据获取任务分配给所述合作组内所有的结点，具体为：

所述合作组内的主结点定期将所述数据获取任务平均分配给所述合作组内所有结点，或者根据合作组内各结点的能力按比例将所述数据获取任务分配给所述合作组内所有的结点。

优选地，所述合作组内的所有结点按照所分配的数据预取任务获取相应的数据，具体为：

所述合作组内的所有结点执行其各自的正常数据获取任务；

当所述正常数据获取任务完成后，所述合作组内的所有结点判断其是否具有多余带宽和存储能力；

如果是，所述合作组内的所有结点执行预取数据预取任务。

优选地，该方法进一步包括：

当所述合作组内的某一个结点进行随机搜索操作时，该结点向其所在的合作组内的主结点发送数据请求；

所述合作组内的主结点判断所述合作组内是否存在与所述数据请求相对应的数据，如果是，将存有与所述数据请求相对应的数据的结点信息发送给进行随机搜索操作的所述结点；

进行随机搜索操作的所述结点根据所述结点信息从相应的结点中获取与所述数据请求相对应的数据。

优选地，当所述合作组内的某一个结点进行随机搜索操作时，向其所在的合作组内的主结点发送数据请求之前，还包括：

进行随机搜索操作的结点判断其结点的缓存内是否存在相应的数据，如果是，则从其结点内缓存中获取相应的数据；如果否，向其所在的合作组内的主结点发送数据请求。

优选地，该方法进一步包括：

所述合作组内的主结点周期性向其所在组内成员结点发送询问消息，并接收成员结点的响应消息；

当所述主结点未收到结点的响应消息，则判定该成员结点失效或已经离开该合作组；

当所述主结点接收到成员结点的响应消息后，判断该成员结点的播放进度与主结点的播放进度是否超过预设阈值，如果是，将该成员结点从该合作组内删除。

优选地，该方法进一步包括：

所述合作组内的主结点周期性统计所述合作组内的结点的个数；

所述合作组内的主结点判断所述合作组内结点的个数是否小于预设的建组要求数量，如果是，则所述合作组内的主结点向邻居结点发送邀请信息，以维持所述合作组内结点数目的稳定。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该P2P视频点播***合作数据预取方法，针对P2P视频点播***中的随机搜索行为采取了合作预取的方法，在合作组内由该合作组内的主结点来确定数据预取范围，并由合作组内的所有结点来预取数据，并且在预取数据块时考虑了用户随机搜索距离的分布特征。该方法针对结点缓存的有限性，提出了多结点合作预取并共享数据的方法，尽可能地增加预取数据的数量，进而提高随机搜索的数据命中率，有效的缩短***响应用户随机搜索操作的等待时间，从而保证视频播放的连续性。与现有技术相比，该方法支持随机搜索、暂停、快进快退等交互式操作，允许用户在任何时间选择观看感兴趣的视频内容，并可以在同等网络条件下缩短P2P视频点播***流媒体点播***响应用户随机搜索操作的等待时间，显著提高用户的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的技术方案与表述方式。

图1为本申请实施例一提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图；

图2为图1中S100的详细流程示意图；

图3为在不同播放长度条件下本申请实施例提供的该合作数据预取方法与现有的顺序预取、随机预取方法的随机搜索的数据命中率；

图4为在不同预取缓存大小条件下本申请实施例提供的该合作数据预取方法与现有的顺序预取、随机预取方法的随机搜索的数据命中率；

图5为本申请实施例二提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图；

图6为本申请实施例三提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图；

图7为本申请实施例四提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，下述的实施例仅仅是本申请的代表性实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为解决现有的数据预取机制存在的问题，本申请公开了一种P2P视频点播***合作数据预取方法，该方法根据用户随机搜索距离的分布特征准确地预测待预取的数据范围，针对搜索距离分布具有长尾特性的统计结果，设计了一种多结点合作预取并共享数据的方法，利用本申请提供的方法可以在有限的预取缓存条件下达到较为理想的预取数据命中率，从而有效缩短***响应用户随机搜索操作的等待时间，提高P2P视频点播***视频点播的服务质量。

实施例一：

图1为本申请实施例一提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图。

如图1所示，该方法包括以下步骤：

S100：当一个结点加入到P2P视频点播***后，该结点建立一个以其为主结点的合作组或者加入到已建立的合作组中。

在P2P视频点播***中，结点的播放是异步的。由于结点缓存有限，播放进度相差较大的结点数据缓存不存在相交的部分，因而不能通过缓存互相提供数据。比如，播放到视频结尾的结点早已删除了视频初始数据，刚开始播放的结点无法从这些结点的缓存中获取有用的数据。因此有必要将播放进度相同或相近的结点组成合作组。合作组可用一个五元组表示，即(主结点，成员列表，当前播放进度，最小成员数，最大成员数)，其中：最小成员数即为建组要求数量。

在一个合作组内包括：一个主结点和若干成员结点，主结点通常为发起建组的结点，其作用是对合作组进行维护，并且向合作组内的成员结点分配任务，起到协调者的作用；若干个成员结点的作用是根据主结点分配的任务进行数据预取。合作组内的主结点的播放进度与成员结点的播放进度的差距在预设阈值内，这样可以确保合作组内的所有结点的播放进度在一个较小的范围，避免了由于结点播放进度相差较大而导致结点缓存内不存在相交的部分。

在本申请实施例中，如图2所示，该步骤具体包括以下步骤：

S101：当一个结点加入到P2P视频点播***后，该结点定期检测是否处于某一个合作组内。

为了实现合作预取，每一个结点在加入到P2P视频点播***后，都需要检测其是否位于合作组内，为后续进入合适的合作组做准备。如果当前结点没有位于任何一个合作组内，进行步S102。

S102：该结点将向所有邻居结点发出建立一个合作组的邀请信息。

这里邀请信息内携带有该结点的当前播放进度，用于寻找和其播放进度相当的合作组。

另外，每一个结点在接收其它结点发起的邀请信息时，只能选择接受其中的一个邀请。

S103：该结点接收所有邻居结点的答复消息，判断建立合作组所需的结点数据是否达到建组要求数量。

如果达到建组要求数量，那么进行S104；如果没有达到建组要求数量，则进行S105。

S104：建立一个以该结点为主结点的合作组，并向被邀请加入的结点发送确认消息。

S105：该结点向所有邻居结点发送加入请求。

加入请求内携带有该结点的当前播放进度，若所述加入请求被某一个合作组接受，则该结点就可以加入到该合作组中。

S200：合作组内的主结点确定所述合作组的数据预取范围，并根据数据预取范围生成数据预取任务，且定期将所述数据预取任务分配给所述合作组内所有结点。

在合作组内，主结点需要首先根据随机搜索范围的概率分布和当前的播放进度(也就是播放时间点)，确定预取数据的范围，包括：预取数据的起点与预取数据的终点。另外，在确定数据预取范围时，主结点还需要考虑其所在的合作组的缓存大小。

虽然存在播放热点，但由于用户对视频内容的无知性，用户的随机搜索距离具有长尾特性，并符合Weibull概率密度函数，Weibull概率密度函数公式如下：

$f(x;\mathrm{\α},\mathrm{\β})=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\β}}{\left(\frac{x}{\mathrm{\β}}\right)}^{\mathrm{\α}-1}{e}^{-{\left(\frac{x}{\mathrm{\β}}\right)}^{\mathrm{\α}}},$

其中：α为形状参数，β为标度参数，x为随机变量。

根据用户随机搜索距离概率分布函数，如上述Weibull分布概率密度函数，可以得到不同概率值对应的分位数x₀(分位数越大，对应的累积概率值越高，随机搜索命中率也相应越高)。故本发明中由组长根据合作组的缓存大小以及播放时间点确定合理的分位数x₀的值，进而确定数据预取范围，即确定了预取数据的起点与预取数据的终点。

在合作组内，任务分配由主结点来完成，当确定了预取数据的起点与预取数据的终点后，主结点会定期将数据预取任务分配给合作组内的所有结点，以使的合作组内的所有结点按照其分配的任务进行数据预取。并且在进行分配时，主结点可以通过平均分配的方式，也可以根据合作组内各结点的能力按比例分配。

S300：合作组内的所有结点按照所分配的数据预取任务获取相应的数据，并且将所获取的数据信息发送给主结点。

合作组内的结点根据主结点分配的数据预取任务获取数据，在获取数据时，结点首先完成正常数据获取任务，在正常数据获取任务完成后，如仍有空闲资源，这里空闲资源是指带宽、结点存储能力等资源，则继续完成分配的数据预取任务。

合作内的结点完成数据预取任务后，还会将所获取的预取数据信息发送给主结点，以方便主结点及时了解合作组内的预取数据获取情况。

此外，在本申请实施例中，为了更好地对本申请实施例提供的该方法在随机搜索时的命中率进行说明，在本申请实施例中，申请人通过仿真实验将该方法与现有的顺序预取、随机预取方法进行对比，重点比较了三种方法的关键性能指标：随机搜索的数据命中率。

图3为P2P视频点播***在不同播放长度条件下三种方法的随机搜索的数据命中率。图中结点预取缓存为3个数据块，合作结点数为4。BSLN表示顺序预取方法，RND表示随机预取方法，COOP表示本申请的合作预取方法，从图中可见，在该实验条件下本申请提供的该方法可以获得明显较高的随机搜索命中率。

图4为P2P视频点播***在不同预取缓存大小条件下三种方法的随机搜索命中率。其中播放长度为450数据块，合作结点数为4。从图中可见，在该实验条件下本申请提供的方法可以获得明显较高的随机搜索命中率。特别是在预取缓存较大时，本发明的性能优势更加明显，其搜索命中率接近1。

实施例二：

图5为本申请实施例二提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图。

在上述实施例一中，合作组内的所有结点按照主结点分配的获取任务获取到了正常数据以及预取数据，当合作组内的某一个结点进行随机搜索操作时，需要通过主结点查找该预取数据。所以在本申请施例中，该方法还可以包括：

S400：当所述合作组内的某一个结点进行随机搜索操作时，该结点向其所在的合作组内的主结点发送数据请求。

S500：合作组内的主结点判断所述合作组内是否存在与所述数据请求相对应的数据。

如果在合作组内存在与所述数据请求相对应的数据，进行S600。

S600：将存有与所述数据请求相对应的数据的结点信息发送给进行随机搜索操作的所述结点。

S700：进行随机搜索操作的所述结点根据所述结点信息从相应的结点中获取与所述数据请求相对应的数据。

实施例三：

图6为本申请实施例三提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图。

在合作组内，主结点除了分配数据获取任务以及查找数据之外，还需要对整个合作组进行维护。在本申请实施例中，该方法还可以包括：

S801：所述合作组内的主结点周期性向其所在组内成员结点发送询问消息，并判断是否接收到成员结点的响应消息；

S802：当所述主结点未收到成员结点的响应消息，则判定该成员结点失效或已经离开该合作组；

S803：当所述主结点接收到成员结点的响应消息后，判断该成员结点的播放进度与主结点的播放进度是否超过预设阈值。

如果该结点的播放进度与主结点的播放进度是否超过预设阈值，进行S804。

S804：将该成员结点从该合作组内删除。

实施例四：

图7为本申请实施例四提供的P2P视频点播***合作数据预取方法的流程示意图。

在实施例四中，主要描述了合作组内主结点对合作组内的结点进行管理，另外，对合作组的维护还包括需要保证合作组内的结点数量满足建组要求数量，以保证合作组的稳定性。所以在本申请实施例中，该方法还可以包括：

S901：所述合作组内的主结点周期性统计所述合作组内的结点的个数。

S902：所述合作组内的主结点判断所述合作组内结点的个数是否小于预设的建组要求数量。

如果所述合作组内结点的个数小于预设的建组要求数量，那么进行S903。

S903：所述合作组内的主结点向邻居结点发送邀请信息，以维持所述合作组内结点数目的稳定。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请权利要求将不限于本文档所示的这些实施例，而是包括符合与本文档所公开的原理和新颖特点相一致的最大范围。

Claims (9)

1.一种对等P2P视频点播***合作数据预取方法，其特征在于，包括以下步骤：

当一个结点加入到P2P视频点播***后，该结点建立一个以其为主结点的合作组或者加入到一个已建立的合作组中，所述合作组中包括一个主结点和若干个成员结点，并且主结点的播放进度与成员结点的播放进度的差距在预设阈值内；

所述合作组内的主结点根据随机搜索范围的概率分布和当前的播放进度确定所述合作组的数据预取范围，并根据所述数据预取范围生成数据预取任务，且定期将所述数据预取任务分配给所述合作组内所有结点；

所述合作组内的所有结点按照所分配的数据预取任务获取相应的数据，并且将所获取的数据信息发送给主结点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当一个结点加入到P2P视频点播***后，以该结点为主结点建立一个合作组或者将该结点加入到已建立的合作组中新加入的，具体为：

当一个结点加入到P2P视频点播***后，该结点定期检测是否处于某一个合作组内；

如果否，该结点将向所有邻居结点发出建立一个合作组的邀请信息，所述邀请信息内携带有该结点的当前播放进度；

该结点接收所有邻居结点的答复消息，判断建立合作组所需的结点数据是否达到建组要求数量；

如果是，则建立一个以该结点为主结点的合作组，并向被邀请加入的结点发送确认消息；如果否，则该结点向所有邻居结点发送加入请求，所述加入请求内携带有该结点的当前播放进度，若所述加入请求被某一个合作组接受，则该结点加入到该合作组中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合作组内的主结点确定所述合作组的数据预取范围具体为：

所述合作组内的主结点根据其所在的合作组的缓存大小以及当前播放时间点，利用用户随机搜索距离概率分布函数来确定数据预取范围。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合作组内的主结点定期将所述数据获取任务分配给所述合作组内所有的结点，具体为：

所述合作组内的主结点定期将所述数据获取任务平均分配给所述合作组内所有结点，或者根据合作组内各结点的能力按比例将所述数据获取任务分配给所述合作组内所有的结点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合作组内的所有结点按照所分配的数据预取任务获取相应的数据，具体为：

所述合作组内的所有结点执行其各自的正常数据获取任务；

当所述正常数据获取任务完成后，所述合作组内的所有结点判断其是否具有多余带宽和存储能力；

如果是，所述合作组内的所有结点执行预取数据预取任务。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

当所述合作组内的某一个结点进行随机搜索操作时，该结点向其所在的合作组内的主结点发送数据请求；

所述合作组内的主结点判断所述合作组内是否存在与所述数据请求相对应的数据，如果是，将存有与所述数据请求相对应的数据的结点信息发送给进行随机搜索操作的所述结点；

进行随机搜索操作的所述结点根据所述结点信息从相应的结点中获取与所述数据请求相对应的数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述合作组内的某一个结点进行随机搜索操作时，向其所在的合作组内的主结点发送数据请求之前，还包括：

进行随机搜索操作的结点判断其结点的缓存内是否存在相应的数据，如果是，则从其结点内缓存中获取相应的数据；如果否，向其所在的合作组内的主结点发送数据请求。

8.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

所述合作组内的主结点周期性向其所在组内成员结点发送询问消息，并接收成员结点的响应消息；

当所述主结点未收到结点的响应消息，则判定该成员结点失效或已经离开该合作组；

当所述主结点接收到成员结点的响应消息后，判断该成员结点的播放进度与主结点的播放进度是否超过预设阈值，如果是，将该成员结点从该合作组内删除。

9.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

所述合作组内的主结点周期性统计所述合作组内的结点的个数；

所述合作组内的主结点判断所述合作组内结点的个数是否小于预设的建组要求数量，如果是，则所述合作组内的主结点向邻居结点发送邀请信息，以维持所述合作组内结点数目的稳定。

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