[发明专利]一种基于Push机制的对等网络直播流媒体数据包调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Push机制的对等网络直播流媒体数据包调度方法，具体来说，是涉及一种采用Push数据传输机制作为基础，在对等网络环境下，通过合理调度数据包，对直播流媒体传输过程进行优化的方法。

背景技术

本方法是在Push机制的基础之上，将网络流媒体直播服务与P2P技术结合起来，在节点级别上进行调度，统筹协调各节点之间的数据传输，消除网络环境以及传输策略带来的不利影响，进而提高网络流媒体数据的传输效率，降低流媒体的播放延时。

目前，网络流媒体服务使用比较广泛的数据传输机制是Pull机制，子节点和父节点之间存在周期性的请求和响应过程，这将耗费一定的时间。同时，数据包在父节点的缓冲器中等待子节点请求也会增加数据传输延时和流媒体播放延时。网络流媒体直播相对于点播，更看重播放的实时性，而在与用户的交互方面要求较低。Push机制可以通过消除周期性的请求和响应过程，以及减少数据包的等待时间，来降低网络流媒体直播的播放延时。

P2P技术的迅猛发展和日趋成熟为许多网络应用提供了一个更广阔的平台。P2P技术使得网络中的参与者不再只是依赖少数的几台服务器。在P2P网络环境中，不同的节点可以直接相连，共享资源，进行交互，这将大大提升流媒体数据的传输效率，减少播放延时，提高服务质量。将P2P技术和网络流媒体应用结合起来，对于促进网络流媒体应用的发展，改善用户体验有较大帮助。

在流媒体数据包调度过程中，由于受到父节点带宽多样化、父节点缓冲器容量有限、数据包传输延时多样化、数据包重复传输和网络不稳定等因素的影响，往往会出现数据包传输延时过高、数据包丢失、数据包重复、数据包乱序、控制信息量过大、带宽浪费等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于Push机制的对等网络直播流媒体数据包调度方法，提供实时高效的流媒体数据传输。

本发明的目的是尽可能降低流媒体数据传输的延时、减少数据包丢失、节约带宽资源，进而提供高质量的直播流媒体服务，内容包括核心算法和数据包修复机制。

核心算法内容如下：

（1）计算传输周期内传输的数据包个数。

每当网络环境发生变化，每个子节点i将执行数据包调度算法。选择节点i的所有父节点中上传带宽最小的节点，用单个数据包的大小S去除以它，得到传输周期T，即其中j∈P_i。T是保证每个父节点至少向子节点传送一个数据包的最小时间，也是最小上传带宽父节点向子节点传送单个数据包的最小传输周期。当网络环境发生变化时，节点i中的调度器根据调度算法，将节点i在未来T时间内会接收到的M个数据包按一定规则分配给各个父节点。其中数据包个数M等于流媒体数据在网络中的传输速率R与时间T的乘积再除以数据包的大小S得到的数值取整，即的。

（2）计算数据包端对端延时。

节点j是i的父节点之一，G_ji(z)代表了数据包z在节点j和节点i之间的网络传输介质中传播所用的时间。C_j(z)代表了在父节点j被选择的数据包之中，数据包z的序号，即z是父节点j将要向子节点i传送的第C_j(z)个数据包。那么，为了保证父节点的带宽得到充分利用以及最小的端对端延时，必须让数据包被不间断地传送出去。数据包z从节点i传输到节点j的最小端对端延时为E_ji(z)_min=C_j(z)S/B_ji+G_ji(z)。

据包中网络传输介质中传播的时间G_ji(z)是不受人为控制的，无法通过调度算法进行优化以减少这部分的时间。另外，数据在网络传输介质中的传播速度是非常快的，有时可以接近光速，远远大于网络节点自身的传输数据的速度，因此可以忽略不计。本方法用E_ji(z)_min的近似值E’_ji(z)来计算数据包z在节点j和i之间的端对端延时，即E′_ji(z)≈C_j(z)S/B_ji。

（3）数据包端对端延时排序。

将选择的所有数据包按照端对端延时大小进行排序，端对端延时较小的数据包排序的序号较小。如果出现不同数据包的端对端延时大小相同的情况，来自上传带宽较大的父节点的数据包序号排前。

（4）产生调度映射信息。