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摘要：随着网络的发展，多媒体服务越来越受到人们的欢迎变得更加流行。本文介绍了一种新型的混合视频组播体系结构MTreeTV，对其结构设计进行了详细介绍，同时概述了MTreeTV的优点，并列举了其仿真模拟结果。
关键词：因特网视频组播，混合视频组播体系结构，服务器规划
1 引言
随着宽带接入的广泛部署，多媒体服务正在用户中间变得更加流行，并且在因特网中占据了越来越大的数据量。大量正在出现的应用，包括网络电视、体育直播、在线游戏和远程教育等，都要求通过视频组播将视频内容实时传送到大量用户。其中，网络电视打破了传统广播电视的信息分配模式，给人们获取、传播与利用信息的方式和效率带来革命性进步。新型的混合视频组播体系结构MTreeTV（Mesh-Tree TV），可以在因特网中提供实时视频组播服务，实现对具有良好体验质量网络电视的支持。
2 MTreeTV体系结构
为了解决现有体系结构无法满足视频组播通信需求的问题，我们提出了一种拥有基础设施支持的混合视频组播体系结构--MTreeTV（Mesh-Tree TV）[1]，其核心思想是混合使用P2P覆盖网和服务器两种技术，既可以利用覆盖网中主机资源的分布性来消除系统中的瓶颈，又可以利用服务器资源来提高网络效率和加强系统功能。MTreeTV引入管理服务器和流媒体服务器（简称流服务器）分别负责本地网络电视的管理控制和视频的流化功能，构建的P2P覆盖网也满足邻近性原则。MTreeTV主要适用于大规模的实时流媒体直播系统。
混合视频组播体系结构MTreeTV，同时使用流服务器和P2P覆盖网两种技术提供视频组播服务，支持网络电视业务。MTreeTV主要包括管理服务器，节目源服务器，流服务器和客户。MTreeTV在Pastry路由机制的基础上构造用于传播组播消息的组播覆盖网，并且实现了管理组创建（频道创建）和组加入（频道加入）功能。每个节目频道都对应一个覆盖网组播组，客户节点通过加入组播组的方法获取节目数据。
3 MTreeTV 的优点
混合视频组播体系结构 MTreeTV，同时使用 P2P 覆盖网和服务器两种技术，可扩展性非常好，性价比很高。
第一，可扩展性：网络电视的对于用户和频道的可扩展要求是非常高的，高带宽和实时性要求进一步提高了这种要求。在基于覆盖网组播的体系结构 MTreeTV 中，参与者不仅接收数据，而且转发数据给其它的参与者。
第二，部署复杂性：实施 IP 组播需要改变因特网的 IP 层，这严重减慢了其部署过程。在基于覆盖网组播的体系结构 MTreeTV 中，不需要改变现有的因特网基础设施，可以很快部署，而且只有很小的运行开销和代价。
第三，性价比：虽然 IP 组播在高层功能支持不足，在一定程度上影响了网络电视体验和商业运营，但由于其易于满足网络的带宽和时延要求，而且路由器本身的可靠性和稳定性较好。
4 MTreeTV实验仿真
对混合视频组播体系结构 MTreeTV 进行实验仿真的评价指标主要有：切换时延、源端时延、播放连续性、控制开销。切换时延（Average Setup Delay）：切换时延指从用户节点收到首个数据段开始到用户能看见图像之间的时间间隔。源端时延（Average Source to End Delay）：源端时延是指从节目源开始发送数据开始到接受者的收到数据之间的时间间隔。平均播放连续性（Average Playback Continuity）：平均播放连续性即用来描述一定时间段内各节点到达的满足时限要求的数据段数量nc与应该到达的数据段数量 ns之间的平均比例。平均控制开销（Average Control Overhead）：平均控制开销是指各节点平均控制消息的总字节数 Oc除以传送数据段的总字节数Od。
拓扑模型为验证混合视频组播体系结构 MTreeTV 的可扩展性、体验质量等性能，对该混合视频组播体系结构在操作系统为 Windows 2003、主频为 P4 2.0G 的计算机下进行模拟实验，并将实验结果与基于网的覆盖网组播CoolStreaming和 Tree的相关性能参数进行全面比较，其中 Tree 是 MTreeTV 的一个简化实现。为了仿真在真实网络环境下的路由特性，用GT-ITM[2][3]生成较能代表当前的Internet结构的TS（Transit-Stub）模型的随机拓扑图[4][5]。分别实现了 MTreeTV、Tree 和 CoolStreaming 的覆盖网构造和调度算法，其中CoolStreaming 的覆盖网采用随机方式构造，Tree 的覆盖网采用树形方式构造。使用Visual C++实现了一个数据段级、事件驱动的仿真系统，并对 3 种视频组播系统进行了一系列的仿真试验。
5 结论
MTreeTV的主要特性表现在以下几个方面： MTreeTV 是一个基于覆盖网的混合视频组播体系结构，同时使用 P2P 覆盖网和流服务器两种技术，支持快速频道切换。混合视频组播体系结构继承了 P2P 覆盖层网络和流服务器的优点，能够提供更少的开销、更好的性能、稳定性和适应性。
参考文献：
[1]He Lei, Guo Yunfei, Liu Wenbo. A P2P Internet Video Broadcast System Over Pastry [C].ICCSE08，July 2008.
[2]GT-ITM Homepage [EB/OL].: http://www.cc.gatech.edu/projects/gtitm/, 2000-7-26
[3]A. Medina, A. Lakhina, I. Matta, and J. Byers. BRITE: An Approach to UniversalTopology Generation[C]. In: International Workshop on Modeling, Analysis andSimulation of Computer and Telecommunications Systems- MASCOTS, 2001.
[4]Palmer CR, Steffan JG. Generating network topologies that obey power laws[C]. In: KeroTEF, ed. Proceedings of the IEEE Global Telecommunications Conference. SanFrancisco, CA: IEEE Computer Society Press, 2000. 434～438.
[5]Zegura E, Calvert KL, Donahoo M. A quantitative comparison of graph-based models forInternet topology [J]. IEEE/ACM Transactions on Networking, 1997, 5(6):770～83.
作者简介：范福生，（1982-11，助教。现从事计算机方面教学工作。内蒙古交通职业技术学院。
关键词：因特网视频组播，混合视频组播体系结构，服务器规划
1 引言
随着宽带接入的广泛部署，多媒体服务正在用户中间变得更加流行，并且在因特网中占据了越来越大的数据量。大量正在出现的应用，包括网络电视、体育直播、在线游戏和远程教育等，都要求通过视频组播将视频内容实时传送到大量用户。其中，网络电视打破了传统广播电视的信息分配模式，给人们获取、传播与利用信息的方式和效率带来革命性进步。新型的混合视频组播体系结构MTreeTV（Mesh-Tree TV），可以在因特网中提供实时视频组播服务，实现对具有良好体验质量网络电视的支持。
2 MTreeTV体系结构
为了解决现有体系结构无法满足视频组播通信需求的问题，我们提出了一种拥有基础设施支持的混合视频组播体系结构--MTreeTV（Mesh-Tree TV）[1]，其核心思想是混合使用P2P覆盖网和服务器两种技术，既可以利用覆盖网中主机资源的分布性来消除系统中的瓶颈，又可以利用服务器资源来提高网络效率和加强系统功能。MTreeTV引入管理服务器和流媒体服务器（简称流服务器）分别负责本地网络电视的管理控制和视频的流化功能，构建的P2P覆盖网也满足邻近性原则。MTreeTV主要适用于大规模的实时流媒体直播系统。
混合视频组播体系结构MTreeTV，同时使用流服务器和P2P覆盖网两种技术提供视频组播服务，支持网络电视业务。MTreeTV主要包括管理服务器，节目源服务器，流服务器和客户。MTreeTV在Pastry路由机制的基础上构造用于传播组播消息的组播覆盖网，并且实现了管理组创建（频道创建）和组加入（频道加入）功能。每个节目频道都对应一个覆盖网组播组，客户节点通过加入组播组的方法获取节目数据。
3 MTreeTV 的优点
混合视频组播体系结构 MTreeTV，同时使用 P2P 覆盖网和服务器两种技术，可扩展性非常好，性价比很高。
第一，可扩展性：网络电视的对于用户和频道的可扩展要求是非常高的，高带宽和实时性要求进一步提高了这种要求。在基于覆盖网组播的体系结构 MTreeTV 中，参与者不仅接收数据，而且转发数据给其它的参与者。
第二，部署复杂性：实施 IP 组播需要改变因特网的 IP 层，这严重减慢了其部署过程。在基于覆盖网组播的体系结构 MTreeTV 中，不需要改变现有的因特网基础设施，可以很快部署，而且只有很小的运行开销和代价。
第三，性价比：虽然 IP 组播在高层功能支持不足，在一定程度上影响了网络电视体验和商业运营，但由于其易于满足网络的带宽和时延要求，而且路由器本身的可靠性和稳定性较好。
4 MTreeTV实验仿真
对混合视频组播体系结构 MTreeTV 进行实验仿真的评价指标主要有：切换时延、源端时延、播放连续性、控制开销。切换时延（Average Setup Delay）：切换时延指从用户节点收到首个数据段开始到用户能看见图像之间的时间间隔。源端时延（Average Source to End Delay）：源端时延是指从节目源开始发送数据开始到接受者的收到数据之间的时间间隔。平均播放连续性（Average Playback Continuity）：平均播放连续性即用来描述一定时间段内各节点到达的满足时限要求的数据段数量nc与应该到达的数据段数量 ns之间的平均比例。平均控制开销（Average Control Overhead）：平均控制开销是指各节点平均控制消息的总字节数 Oc除以传送数据段的总字节数Od。
拓扑模型为验证混合视频组播体系结构 MTreeTV 的可扩展性、体验质量等性能，对该混合视频组播体系结构在操作系统为 Windows 2003、主频为 P4 2.0G 的计算机下进行模拟实验，并将实验结果与基于网的覆盖网组播CoolStreaming和 Tree的相关性能参数进行全面比较，其中 Tree 是 MTreeTV 的一个简化实现。为了仿真在真实网络环境下的路由特性，用GT-ITM[2][3]生成较能代表当前的Internet结构的TS（Transit-Stub）模型的随机拓扑图[4][5]。分别实现了 MTreeTV、Tree 和 CoolStreaming 的覆盖网构造和调度算法，其中CoolStreaming 的覆盖网采用随机方式构造，Tree 的覆盖网采用树形方式构造。使用Visual C++实现了一个数据段级、事件驱动的仿真系统，并对 3 种视频组播系统进行了一系列的仿真试验。
5 结论
MTreeTV的主要特性表现在以下几个方面： MTreeTV 是一个基于覆盖网的混合视频组播体系结构，同时使用 P2P 覆盖网和流服务器两种技术，支持快速频道切换。混合视频组播体系结构继承了 P2P 覆盖层网络和流服务器的优点，能够提供更少的开销、更好的性能、稳定性和适应性。
参考文献：
[1]He Lei, Guo Yunfei, Liu Wenbo. A P2P Internet Video Broadcast System Over Pastry [C].ICCSE08，July 2008.
[2]GT-ITM Homepage [EB/OL].: http://www.cc.gatech.edu/projects/gtitm/, 2000-7-26
[3]A. Medina, A. Lakhina, I. Matta, and J. Byers. BRITE: An Approach to UniversalTopology Generation[C]. In: International Workshop on Modeling, Analysis andSimulation of Computer and Telecommunications Systems- MASCOTS, 2001.
[4]Palmer CR, Steffan JG. Generating network topologies that obey power laws[C]. In: KeroTEF, ed. Proceedings of the IEEE Global Telecommunications Conference. SanFrancisco, CA: IEEE Computer Society Press, 2000. 434～438.
[5]Zegura E, Calvert KL, Donahoo M. A quantitative comparison of graph-based models forInternet topology [J]. IEEE/ACM Transactions on Networking, 1997, 5(6):770～83.
作者简介：范福生，（1982-11，助教。现从事计算机方面教学工作。内蒙古交通职业技术学院。