[發明專利]視頻流在P2P覆蓋網絡中基于納什議價解的帶寬分配方法

有效

• 申請號: 201410254401.X
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104023277B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 鄒君妮;劉麗萍;楊陽
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04N21/63
• 分類號: H04N21/63;H04N21/64;H04N21/647
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種視頻流在P2P覆蓋網絡中基于納什議價解的帶寬分配方法，包括覆蓋網絡的構建，節點之間帶寬分配模型的建立，以及帶寬資源的分配策略。

背景技術

P2P(Peer-to-Peer)流媒體系統融合了P2P技術和流媒體技術，它的出現使得在現有網絡基礎上實現大規模流媒體共享成為可能。P2P流媒體系統利用P2P技術的特點，充分利用用戶端的資源，讓用戶端充當一部分服務器的功能，用戶節點在接收和播放流媒體數據的同時，利用上行帶寬和硬件資源，把緩存的流媒體數據轉發給其他節點，使流媒體內容分發分散化，以此來緩解服務器的負載，具有很高的可擴展性和低成本特點。通過這樣的流數據共享，用戶節點不必直接從服務器請求數據，通過合理的節點組織、緩存管理等技術，可以使大量的用戶節點共享源自服務器的一條數據流。

P2P流媒體系統適用于單速率碼流的傳輸，即同一內容(頻道)的視頻流僅由一個覆蓋網傳輸，用戶節點可加入不同的覆蓋網，獲得不同內容的視頻資源。

P2P流媒體系統盡管具有上述優點，但對于為P2P網絡中的用戶提供高質量的視頻，仍然面臨著下列挑戰：包括節點的上傳帶寬有限制、視頻接收端用戶的條件異構性(如下載帶寬、屏幕分辨率、CPU計算能力)、節點的高流動性(節點隨機加入或者離開)、數據調度策略過于復雜，網絡節點只享受資源和服務而不為系統做貢獻的行為等。因此，解決上述問題不僅需要增加節點的帶寬容量，部署更多的服務器來彌補網絡資源的不足，還需要采用新穎的編碼方式、流媒體內容分發技術、設計算法和協議來優化利用有效網絡資源，設計合理的激勵機制等。

納什議價解是合作博弈論的一種方式。納什議價解強調的是集體主義、團體理性、效率和公平。解決資源分配問題時，在競爭的用戶間實現資源分配的有效性、公平性及收益最大化是要考慮的問題。把納什議價解引入到P2P流媒體網絡的資源分配研究中是合理的。納什議價解是指參與資源分配的用戶經過多次的討價還價之后得到均衡解，此解需要滿足：個人理性、帕累托最優、線性變換無關、獨立于無關選擇和對稱性等條件。納什證明了使得納什積最大化的解就是納什議價解。把納什議價解引入到P2P流媒體網絡的資源分配研究中是合理的。現有的很多技術，都是采用競拍和最大效用和的方式進行帶寬資源的分配，直到達到納什均衡，但是采用競拍和最大效用和的方式時，沒有考慮到覆蓋網絡中用戶之間的公平性和效率，而且要進行多輪拍賣，網絡傳輸消耗很大。本發明提出了一種視頻流在P2P覆蓋網絡中基于納什議價解的帶寬分配方法，解決P2P覆蓋網絡中的帶寬分配問題，從而改善網絡性能，提高帶寬分配的公平性和效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種視頻流在P2P覆蓋網絡中基于納什議價解的帶寬分配方法，該方法不僅能解決P2P網絡覆蓋網絡中的帶寬分配，還能夠提高節點間帶寬資源分配的公平性和效率，增加了網絡的可擴展性，降低網絡的傳輸開銷。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：視頻流在P2P覆蓋網絡中基于納什議價解的帶寬分配方法，其特征在于采用下述步驟實現P2P覆蓋網帶寬分配最優化：第一，將P2P覆蓋網的帶寬分配優化問題轉化為P2P覆蓋網節點一方面作為上游節點分配上傳帶寬，另一方面作為下游節點按照實際需求參與不同上游節點的帶寬分配；第二，節點之間帶寬分配過程以上游節點廣播其要價，下游節點接收到上游節點要價信息后，確定其帶寬請求量，上游節點統計其下游節點的總帶寬請求量，根據帶寬請求量和上傳帶寬的關系選擇分配方式；第三，提出了“節點選擇”算法，下游節點可根據上游節點的要價和自身可接受的最高要價，選擇不同的上游節點，向上游節點請求帶寬。

下面給出原理說明：

1，P2P覆蓋網的帶寬分配優化問題

(1)，網絡模型及相關參數

視頻流由P2P覆蓋網進行傳輸，覆蓋網抽象為有向圖，其中，代表所有參與該網絡的節點集合，E代表節點之間有向鏈路的集合；上游節點i的可用上傳帶寬為C_i，要價為p_i；下游節點j可接受的最高要價為b_j，下游節點j的預算金額為B_j；

節點加入覆蓋網，可在終端解碼出視頻，用U_ij(·)表示覆蓋網中下游節點的效用函數，其中，i表示上游節點，j表示下游節點，符號(·)中的圓點表示為上游節點i分配給下游節點j的帶寬量。

節點組織的分配分為兩個子周期：