P2P流媒體系統能力研究答辯人：陳一帥2010年6月11日北京交通大學博士研究生答辯P2P流媒體系統能力研究答辯人：陳一帥北京交通大學博士研究生大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介歷史起源于中國2004，華中科技大學，香港科技大學，成長于春晚海外華人看春晚的最佳途徑逐漸獲得研究界的關注Sigcom07workshopInfocom09bestpaper商業化于中國PPLive，最流行的軟件，上億的用戶，同時在線用戶上百萬奧運直播CNTVIPTV機頂盒歷史起源于中國系統組成與技術特點視頻質量較好400kbps（標清）800kbps（高清）1.2Mbps（藍光）網絡規模大（百萬人同時看一個節目）對服務器的性能和帶寬要求低系統組成與技術特點視頻質量較好網絡規模大（百萬人同時看一個節基于Buffer的P2P共享長度：幾十秒到上百秒基于Buffer的P2P共享長度：幾十秒到上百秒Buffer的滑動本地播放完成&&其它Peer不需要時，就Reject。Buffer的滑動本地播放完成&&其它Peer不需要時，大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介實際系統測量兩部分：Buffer管理策略的測量媒體塊的傳輸性能的測量實際系統測量兩部分：Buffer管理策略的測量問題：對Buffer的管理策略依舊模糊不清固定大小：Coolstreaming，BiTos變化大小：LiuYongPPLiveBuffer管理策略的測量問題：對Buffer的管理策略依舊測量方法觀察VBR時緩沖區的變化長度的變化出口處的Rejection速度的變化測量方法觀察VBR時緩沖區的變化測量結果長度和速度成正比出口處Rejection的速率隨MediaServer送出媒體塊的速度變化而變化，且時延較固定固定時延Buffer？較難實現測量結果長度和速度成正比固定時延Buffer？實現方法所有Peer以同一個速度Reject同一個媒體塊該速度等于該媒體塊的演播速度dq(t)/dt=r(t)g(t)d(t)/dt=0固定時延緩沖好處：-自適應地BufferSize調整-有利于P2P共享。實現方法所有Peer以同一個速度Reject同一個媒體塊dq小結測量了真實世界系統的固定時延緩沖區的性質，揭示了其實現方法。這個連PPLive的人都沒有想到，他們完全是無意中這么做的小結測量了真實世界系統的固定時延緩沖區的性質，揭示了其實現方媒體塊傳輸性能的測量媒體塊傳輸性能的測量P2P的媒體塊傳播實際：a×log2(N)，a>1a越小，性能越好X(t)=2tT=log2(N)P2P的媒體塊傳播實際：X(t)=2tT=log2(測量的困難傳統測量方法記錄每個Peer的收到時間統計出X(t)問題：在P2P網絡中難以收集大范圍的穩定的數據用戶不穩定網絡規模大缺少時間同步測量的困難傳統測量方法從Peer的Buffer填充情況推斷整個網絡中的媒體塊擴散速度用戶Buffer的填充情況隱含了媒體塊的擴散情況（Bitmap）Buffer位置<->擴散時間滑動方向老媒體塊新媒體塊從Peer的Buffer填充情況推斷整個網絡中的媒體塊擴散速前提：CBR測量方法Pm：填充率1。。。0前提：CBR測量方法Pm：填充率遍歷性的驗證遍歷性的驗證測量結果的驗證有m的人的比例測量結果的驗證有m的人的比例小結利用系統的特點從單個用戶緩沖區來Infer整個網絡中的媒體塊傳輸性能一葉而知秋并和大范圍的不穩定數據的結果進行比較證明了從單個用戶緩沖區能夠大致推斷整個網絡的媒體塊傳播質量。該方法非常經濟。實踐表明該方法簡單，高效，正確。小結利用系統的特點大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介背景傳統媒體塊調度方法先收集Bitmap再調度（拿誰）RarestFirst【BT】Greedy【BiToS】Random【Yong】問題：回避了何時拿定時困難其實更難背景傳統媒體塊調度方法請求沖突帶來的重試問題沖突，重試帶來延時研究P2P直播流媒體系統的新角度：隨機接入、沖突解決的角度特點：1）資源數逐漸增長2）先占式的沖突請求沖突帶來的重試問題沖突，重試研究P2P直播流媒體系新視角下的新調度算法類似Aloha，沖突解決辦法當發現媒體服務器送出了一個新的媒體塊時，先指數Backoff然后檢查自己的鄰居是否已經有了這個媒體塊。如果有了，就去搶。如果沒有，或搶失敗了，就再指數Backoff易于實現調度和鄰居是否有這個Piece獨立：“盲”不需要周期調度，沒有定時的難題新視角下的新調度算法類似Aloha，沖突解決辦法性能分析擴散過程模型PPLive實測結果a=1.23，1.40性能分析擴散過程模型a=1.23，1.40Heterogeneous網絡中的推廣用戶類型上載帶寬（kb/s)用戶所占比例112820%238440%3100025%4500015%用戶的上載帶寬是不一樣的Heterogeneous網絡中的推廣用戶類型上載帶寬（kbServer應該優先給高性能節點送給哪個呢？Server應該優先給高性能節點送給哪個呢？初始Peer選擇的性能分析初始peer的性能越高，媒體塊在網絡中的擴散越快。和其他研究者的實驗結果相符【Marco】基于隨機接入，沖突解決的模型能夠反映真實世界系統的特征。第四類第一類初始Peer選擇的性能分析初始peer的性能越高，媒體塊在網高性能節點優先算法先監視鄰居或Peer的帶寬分布然后選擇高性能的peer優先為它提供上載問題監視的成本大不靈活：Peer的不穩定導致帶寬浪費高性能節點優先算法先監視鄰居或Peer的帶寬分布我們的方法從沖突解決的視角出發上載帶寬小的節點讓一下慢一點重試：請求速度隨著帶寬變化晚一點請求：初始啟動時間隨著帶寬變化高性能節點自然地能夠更早得到Piece，從而發揮它們的作用。好處：簡單易行。不需要精確的帶寬測量和智能Peer選擇算法。我們的方法從沖突解決的視角出發性能慢一點請求平均傳輸時延減小了15.72%-28.12%

晚一點請求平均傳輸時延減小了63.17%性能慢一點請求晚一點請求小結從沖突解決的角度提出了盲隨機媒體塊調度算法，該算法簡單，高效。并提出了慢節點讓步算法，改進媒體塊傳播時延。從隨機接入，沖突解決的角度建立了媒體塊傳輸模型，正確反映了真實世界中媒體塊傳輸的規律。小結從沖突解決的角度提出了盲隨機媒體塊調度算法，該算法簡單，大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介背景容量問題：傳統的能力分析關注穩定情況下緩沖區的大小和演播連續性的關系。T>log2NFlashCrowd,VBR時系統的容量問題被忽略但是這些都是非常常見、重要的問題背景容量問題：直播中的FlashCrowd現象PPLive財經頻道的實測結果11:30am和3pm，股市收盤時，大家涌入的現象。原因直播節目通常有預定的開始時間定義用戶到達速度突然增加直播中的FlashCrowd現象PPLive財經頻道的實測問題新用戶無法啟動。短Session意味著用戶無法啟動問題新用戶無法啟動。短Session意味著用戶無法啟動與傳統的認識相悖傳統認為P2P應對FlashCrowd的能力很強BitTorrent與傳統的認識相悖傳統認為P2P應對FlashCrowd的能原因新Peer貢獻少不拿到一定數量的媒體塊，不向外廣播Bitmap。嚴格從最老的拿起。Diversity不好結果：新Peer太多，平均每個人得到的下載速度都不行，大家都拖著。原因新Peer貢獻少模型啟動過程：累積一定數目媒體塊的過程啟動節點數目啟動節點數目的變化率穩定節點數目的變化率模型啟動過程：累積一定數目媒體塊的過程啟動節點數目啟動節點數仿真發現系統具有一定的支持FlashCrowd的能力但這一能力是有限的小規模FC時能扛住（6倍）大規模FC時會崩潰（30倍）仿真發現系統具有一定的支持FlashCrowd的能力小規模能力能扛住的最大FC強度與初始狀態無關，能用速度的倍數來表示與穩定Peer停留時長成正比。Power-law能力能扛住的最大FC強度改進方法避免爭搶，重點培養 一個一個喂，喂起一個來，它就能夠貢獻改進方法避免爭搶，重點培養結果總能恢復穩定恢復時間為O(logV），其中V是FC的強度第一階段：第二階段：結果總能恢復穩定第一階段：第二階段：小結模型了FC下系統的動態仿真發現了FC極大時系統崩潰的危險，研究了系統支持FC的極限分析了問題的根本原因在于用戶之間的沖突，證明了利用CAC方法解決用戶之間的沖突后系統支持FC的性能小結模型了FC下系統的動態大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介背景VBR編碼效果好但對P2P系統是一個挑戰PP實驗效果不好但沒有人研究過問題：速度增加時，單位時間內更多媒體塊到達，使用戶的下載帶寬overload背景VBR編碼效果好問題：速度增加時，單位時間內更多媒體塊到研究方法我們以前的測量出現過速率變化的情況以此切入研究系統中VBR時的動態研究方法我們以前的測量出現過速率變化的情況質量評估速度增加時用戶緩沖區填充率下降質量評估速度增加時用戶緩沖區填充率下降壓扁平移原因分析速率增長時下載速度變化不大緩沖區下載位置曲線變化下載速度變化不大平移原因：Fixed-DurationBuffer，BufferSize增長壓扁原因：更多媒體塊的出現使下載范圍擴大，但總下載速度不變，所以幅度變小壓扁平移原因分析速率增長時下載速度變化不大下載速度變化不大平模型分析：穩定情況下的緩沖區下載位置曲線緩沖區填充率曲線緩沖區下載位置曲線求導模型分析：穩定情況下的緩沖區下載位置曲線緩沖區填充率曲線緩沖變化過程中的一種連續變化：例：在20s內連續完成下載曲線的變化壓扁平移變化過程中的一種連續變化：例：在20s內連續完成下載曲線的變緩沖區填充情況的變化從100%變為了65%對用戶演播質量帶來沖擊緩沖區填充情況的變化從100%變為了65%速率增加的幅度越大，沖擊越大冪率速率增加的幅度越大，沖擊越大冪率系統的自適應能力自動恢復過程（缺乏模型）提高請求速度，從而提高了下載速度提高下載速度提高下載速度帶來的恢復重新站起來了系統的自適應能力自動恢復過程（缺乏模型）提高下載速度提高下載恢復不了的補救措施在800的緩沖區位置，進行一個補救措施。兜底恢復不了的補救措施在800的緩沖區位置，進行一個補救措施。小結測量了VBR時系統的質量問題模型了VBR時用戶下載曲線的變化，由此模型分析了VBR時用戶緩沖區填充率的變化情況的模型，揭示了問題，得到了VBR幅度和質量下降幅度的定量關系。測量了真實世界系統在VBR下的自適應恢復過程和特殊補救措施。小結測量了VBR時系統的質量問題結論實際系統測量Buffer的Rejection算法驗證了遍歷性質，從而可以從單個用戶的緩沖占用分布，描述塊在網絡中的傳播特征媒體塊調度算法新觀念：沖突解決問題盲隨機調度算法：去掉了定時的問題不同能力用戶的不同Backoff策略的算法：改進了性能對FlashCrowd的支持一個被忽視的重要的容量問題建立了理論模型。證明了系統崩潰的可能性提出了CAC算法，解決問題對VBR的支持觀察到了VBR時的性能劣化和原因建立了模型進行描述發現了更多模型無法描述的有意思的現象，留待以后解決結論實際系統測量謝謝！謝謝！

謝謝觀賞謝謝觀賞P2P流媒體系統能力研究答辯人：陳一帥2010年6月11日北京交通大學博士研究生答辯P2P流媒體系統能力研究答辯人：陳一帥北京交通大學博士研究生大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介歷史起源于中國2004，華中科技大學，香港科技大學，成長于春晚海外華人看春晚的最佳途徑逐漸獲得研究界的關注Sigcom07workshopInfocom09bestpaper商業化于中國PPLive，最流行的軟件，上億的用戶，同時在線用戶上百萬奧運直播CNTVIPTV機頂盒歷史起源于中國系統組成與技術特點視頻質量較好400kbps（標清）800kbps（高清）1.2Mbps（藍光）網絡規模大（百萬人同時看一個節目）對服務器的性能和帶寬要求低系統組成與技術特點視頻質量較好網絡規模大（百萬人同時看一個節基于Buffer的P2P共享長度：幾十秒到上百秒基于Buffer的P2P共享長度：幾十秒到上百秒Buffer的滑動本地播放完成&&其它Peer不需要時，就Reject。Buffer的滑動本地播放完成&&其它Peer不需要時，大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介實際系統測量兩部分：Buffer管理策略的測量媒體塊的傳輸性能的測量實際系統測量兩部分：Buffer管理策略的測量問題：對Buffer的管理策略依舊模糊不清固定大小：Coolstreaming，BiTos變化大小：LiuYongPPLiveBuffer管理策略的測量問題：對Buffer的管理策略依舊測量方法觀察VBR時緩沖區的變化長度的變化出口處的Rejection速度的變化測量方法觀察VBR時緩沖區的變化測量結果長度和速度成正比出口處Rejection的速率隨MediaServer送出媒體塊的速度變化而變化，且時延較固定固定時延Buffer？較難實現測量結果長度和速度成正比固定時延Buffer？實現方法所有Peer以同一個速度Reject同一個媒體塊該速度等于該媒體塊的演播速度dq(t)/dt=r(t)g(t)d(t)/dt=0固定時延緩沖好處：-自適應地BufferSize調整-有利于P2P共享。實現方法所有Peer以同一個速度Reject同一個媒體塊dq小結測量了真實世界系統的固定時延緩沖區的性質，揭示了其實現方法。這個連PPLive的人都沒有想到，他們完全是無意中這么做的小結測量了真實世界系統的固定時延緩沖區的性質，揭示了其實現方媒體塊傳輸性能的測量媒體塊傳輸性能的測量P2P的媒體塊傳播實際：a×log2(N)，a>1a越小，性能越好X(t)=2tT=log2(N)P2P的媒體塊傳播實際：X(t)=2tT=log2(測量的困難傳統測量方法記錄每個Peer的收到時間統計出X(t)問題：在P2P網絡中難以收集大范圍的穩定的數據用戶不穩定網絡規模大缺少時間同步測量的困難傳統測量方法從Peer的Buffer填充情況推斷整個網絡中的媒體塊擴散速度用戶Buffer的填充情況隱含了媒體塊的擴散情況（Bitmap）Buffer位置<->擴散時間滑動方向老媒體塊新媒體塊從Peer的Buffer填充情況推斷整個網絡中的媒體塊擴散速前提：CBR測量方法Pm：填充率1。。。0前提：CBR測量方法Pm：填充率遍歷性的驗證遍歷性的驗證測量結果的驗證有m的人的比例測量結果的驗證有m的人的比例小結利用系統的特點從單個用戶緩沖區來Infer整個網絡中的媒體塊傳輸性能一葉而知秋并和大范圍的不穩定數據的結果進行比較證明了從單個用戶緩沖區能夠大致推斷整個網絡的媒體塊傳播質量。該方法非常經濟。實踐表明該方法簡單，高效，正確。小結利用系統的特點大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介背景傳統媒體塊調度方法先收集Bitmap再調度（拿誰）RarestFirst【BT】Greedy【BiToS】Random【Yong】問題：回避了何時拿定時困難其實更難背景傳統媒體塊調度方法請求沖突帶來的重試問題沖突，重試帶來延時研究P2P直播流媒體系統的新角度：隨機接入、沖突解決的角度特點：1）資源數逐漸增長2）先占式的沖突請求沖突帶來的重試問題沖突，重試研究P2P直播流媒體系新視角下的新調度算法類似Aloha，沖突解決辦法當發現媒體服務器送出了一個新的媒體塊時，先指數Backoff然后檢查自己的鄰居是否已經有了這個媒體塊。如果有了，就去搶。如果沒有，或搶失敗了，就再指數Backoff易于實現調度和鄰居是否有這個Piece獨立：“盲”不需要周期調度，沒有定時的難題新視角下的新調度算法類似Aloha，沖突解決辦法性能分析擴散過程模型PPLive實測結果a=1.23，1.40性能分析擴散過程模型a=1.23，1.40Heterogeneous網絡中的推廣用戶類型上載帶寬（kb/s)用戶所占比例112820%238440%3100025%4500015%用戶的上載帶寬是不一樣的Heterogeneous網絡中的推廣用戶類型上載帶寬（kbServer應該優先給高性能節點送給哪個呢？Server應該優先給高性能節點送給哪個呢？初始Peer選擇的性能分析初始peer的性能越高，媒體塊在網絡中的擴散越快。和其他研究者的實驗結果相符【Marco】基于隨機接入，沖突解決的模型能夠反映真實世界系統的特征。第四類第一類初始Peer選擇的性能分析初始peer的性能越高，媒體塊在網高性能節點優先算法先監視鄰居或Peer的帶寬分布然后選擇高性能的peer優先為它提供上載問題監視的成本大不靈活：Peer的不穩定導致帶寬浪費高性能節點優先算法先監視鄰居或Peer的帶寬分布我們的方法從沖突解決的視角出發上載帶寬小的節點讓一下慢一點重試：請求速度隨著帶寬變化晚一點請求：初始啟動時間隨著帶寬變化高性能節點自然地能夠更早得到Piece，從而發揮它們的作用。好處：簡單易行。不需要精確的帶寬測量和智能Peer選擇算法。我們的方法從沖突解決的視角出發性能慢一點請求平均傳輸時延減小了15.72%-28.12%

晚一點請求平均傳輸時延減小了63.17%性能慢一點請求晚一點請求小結從沖突解決的角度提出了盲隨機媒體塊調度算法，該算法簡單，高效。并提出了慢節點讓步算法，改進媒體塊傳播時延。從隨機接入，沖突解決的角度建立了媒體塊傳輸模型，正確反映了真實世界中媒體塊傳輸的規律。小結從沖突解決的角度提出了盲隨機媒體塊調度算法，該算法簡單，大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介背景容量問題：傳統的能力分析關注穩定情況下緩沖區的大小和演播連續性的關系。T>log2NFlashCrowd,VBR時系統的容量問題被忽略但是這些都是非常常見、重要的問題背景容量問題：直播中的FlashCrowd現象PPLive財經頻道的實測結果11:30am和3pm，股市收盤時，大家涌入的現象。原因直播節目通常有預定的開始時間定義用戶到達速度突然增加直播中的FlashCrowd現象PPLive財經頻道的實測問題新用戶無法啟動。短Session意味著用戶無法啟動問題新用戶無法啟動。短Session意味著用戶無法啟動與傳統的認識相悖傳統認為P2P應對FlashCrowd的能力很強BitTorrent與傳統的認識相悖傳統認為P2P應對FlashCrowd的能原因新Peer貢獻少不拿到一定數量的媒體塊，不向外廣播Bitmap。嚴格從最老的拿起。Diversity不好結果：新Peer太多，平均每個人得到的下載速度都不行，大家都拖著。原因新Peer貢獻少模型啟動過程：累積一定數目媒體塊的過程啟動節點數目啟動節點數目的變化率穩定節點數目的變化率模型啟動過程：累積一定數目媒體塊的過程啟動節點數目啟動節點數仿真發現系統具有一定的支持FlashCrowd的能力但這一能力是有限的小規模FC時能扛住（6倍）大規模FC時會崩潰（30倍）仿真發現系統具有一定的支持FlashCrowd的能力小規模能力能扛住的最大FC強度與初始狀態無關，能用速度的倍數來表示與穩定Peer停留時長成正比。Power-law能力能扛住的最大FC強度改進方法避免爭搶，重點培養 一個一個喂，喂起一個來，它就能夠貢獻改進方法避免爭搶，重點培養結果總能恢復穩定恢復時間為O(logV），其中V是FC的強度第一階段：第二階段：結果總能恢復穩定第一階段：第二階段：小結模型了FC下系統的動態仿真發現了FC極大時系統崩潰的危險，研究了系統支持FC的極限分析了問題的根本原因在于用戶之間的沖突，證明了利用CAC方法解決用戶之間的沖突后系統支持FC的性能小結模型了FC下系統的動態大綱P2P流媒體系統簡介研究內容實際系統測量媒體塊調度算法對FlashCrowd的支持對VBR的支持總結和展望大綱P2P流媒體系統簡介背景VBR編碼效果好但對P2P系統是一個挑戰PP實驗效果不好但沒有人研究過問題：速度增加時，單位時間內更多媒體塊到達，使用戶的下載帶寬overload背景VBR編碼效果好問題：速度增加時，單位時間內更多媒體塊到研究方法我們以前