基于云计算的P2P流媒体服务器集群部署算法

P2P流媒体服务器集群部署在云计算数据中心网络（DCN）的环境下，导致带宽占用问题的几率较高，因此需要一个新的算法，将P2P流媒体服务器集群构建成二次分配问题，以蚁群算法为基础，将每个虚拟流媒体服务器同部署点的映射关系计算出来，进而将以云计算为基础的P2P流媒体服务器集群部署实现。

【关键词】云计算 P2P 流媒体服务器 集群部署

1 概述

网络技术和多媒体技术在近几年发展速度十分迅速，网络的一个重要应用领域就是向大规模用户提供流媒体服务。所以，目前学术界的一个研究热点就是怎样在网络上提供大规模有效的流媒体服务。而大规模的流媒体应用存在的两个主要问题为服务质量和可扩展性的问题。通过对C/S（Client/Server）结构的IP单播技术的应用，无法达到较好的可扩展性，也不能确保QoS；若使用IP组播技术，就不能保证可靠性，很难扩大部署范围；通过对CDN（Content Delivery Network）架构的使用虽能可以使QoS得到保证，但是在成本方面却耗费过高。P2P 流媒体凭借对网络上主机节点（Peer节点）空闲资源的充分利用，使其能够得到流媒体数据，也可以提供数据下载服务，如此一来，流媒体源服务器的压力就会减少，在扩展性及性价比上都具有优势。所以，目前在网路上的流媒体应用中，P2P流媒体技术倍受青睐。本文分析了P2P 流媒体服务所解决的主要问题，阐述了其主要分类，并分析了P2P 流媒体服务器部署算法未来可能的研究方向。

2 P2P流媒体技术需要解决两个核心问题

2.1 覆盖网络构建

覆盖网络的构建方式是通过节点进行的，节点以拓扑结构为依据对覆盖网络进行构建，将节点的动态性、异构性所带来的负面影响降低，并将其可拓展性提高。

2.2 数据块调度策略

数据块调度策略指的是节点怎样对其需要的流媒体数据块进行选择，然后再选择合适的传输方式得到数据块。如图1所示，其展示了核心问题在P2P流媒体系统的层次化体系结构中的位置。

3 P2P分类

P2P计算技术已经在很多领域都有应用，例如军事领域、商业领域、政府信息以及通讯领域等。以应用领域的不同，将P2P分成如下几种：

（1）文件内容共享和下载，例如 Napster、Gnutella、eDonkey、eMule、Maze、BT 等。

（2）计算能力和存储共享，例如 SETI@home、Avaki、Popular Power 等。

（3）基于P2P技术的协同与服务共享平台，例如 JXTA、Magi、Groove 等。

（4）即时通讯工具，例如 ICQ、QQ、Yahoo Messenger、MSN Messenger 等。

（5）P2P 通讯与信息共享，例如 Skype、Crowds、OnionRouting 等。

（6）基于 P2P 技术的网络电视：例如 PPStream、PPLive、QQLive 等。

以拓扑结构为依据又可将P2P网络分成中心化拓扑、全分布式非结构化拓扑、全分布式结构化拓扑和半分布式拓扑四种。各拓扑结构性能比较见表1。

4 P2P 流媒体服务器部署算法

典型的QAP是P2P流媒体服务器的部署算法所要解决的主要问题。作为一个重要部分，该类问题在组合优化研究中最难的就是NP难题的问题。蚁群算法之所以能够有效的解决QAP问题，是因为其具有并行性和分布性，尤其适合大规模启发式的搜索。本文在应用蚂蚁算法的过程中，把一只蚂蚁的一个觅食过程定义成寻找每个虚拟流媒体服务器与每个部署点之间的一种映射关系。

因为P2P虚拟流媒体服务器个数m可能会比部署点个数n小，但是通常来讲在蚁群算法中二者是相等的关系。本文凭借增加“空”的虚拟流媒体服务器来使m 与n相等。“空”的虚拟流媒体服务器代表着其在逻辑集群树中连接的边的权值为“0”，既不发送信息给其他任何虚拟流媒体服务器，同时也不会对其他任何虚拟流媒体服务器的数据进行接收。如此一来矩阵 C（ i，j） 、D（ i，j） 、f（ i，j） 均变成一个n×n的矩阵。

我们对蚁群算法加以运用来将这类问题加以解决，可以采取图的形式加以描述： 在图G=（V，E） 中，节点V的个数为2n，其中有n个节点表示虚拟流媒体服务器，n个节点表示部署点；边E表示的为连接虚拟流媒体服务器与部署点的代价。一个蚂蚁构建一个完整解的过程为，寻找连接n个节点的虚拟流媒体服务器与n个部署点之间的弧的n条边。

科学技术在不断进步，网络的应用也在日益广泛，人们的沟通需求越来越大，因此P2P流媒体直播业务目前已经是互联网中至关重要的一种业务形式。在P2P流媒体直播系统中，数据分发体制对用户服务体验有一定的影响。上文研究了应用于P2P流媒体直播系统的各种数据分发机制的分类，同时对各自的优势和劣势进行了总结。凭借本文的研究，我们能够发现，部分数据分发机制已经能够初步支持P2P流媒体直播系统的大规模应用，可是距离为用户提供类似传统电视的用户体验依旧有一定差距。总而言之，目前面向P2P流媒体直播的数据分发体制依旧有问题需要进一步解决。

参考文献

[1]秦丰林，刘琚.P2P网络流媒体关键技术[J].电子学报，2011，04：919-927.

[2]PAYBERAH A H，KAVALIONAKH， KUMARESAN， et al.CLive：Cloud-assisted P2P live streaming[C].Proceedings of the2012 IEEE International Conference on Peer-to-Peer Computing.Piscataway：IEEE，2012：79-90.

[3]CERVINOJ，RODRIGUEZP，TRAJKOVSKAI，et al.Testing acloud provider network for hybrid P2P and cloud streaming architec-tures[C].Proceedings of the 2011 IEEE International Conferenceon Cloud Computing.Piscataway：IEEE，2011：356-363.

作者简介

刘冰（1978-），男，河南省许昌市人。大学本科学历。现为解放军信息工程大学讲师。研究方向为网络技术、媒体技术、教育技术理论与应用等。

田俊（1985-），男，河南省开封市人。大学本科学历。现为解放军信息工程大学工程师。研究方向为网络技术、媒体技术、教育技术理论与应用等。

作者单位

解放军信息工程大学 河南省郑州市 450000