本發(fā)明涉及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸領域，具體地說是一種基于SPI和P2P網(wǎng)絡的媒體流分離傳輸方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速度快速提高，而人們對IP通信的要求也在不斷提高，這使得數(shù)模轉(zhuǎn)換成為了網(wǎng)絡應用的前端內(nèi)容，而且逐漸向統(tǒng)一通信(everything over IP)發(fā)展。從基本的語音數(shù)據(jù)傳輸逐漸擴展到視頻、即時通信以及數(shù)據(jù)協(xié)同傳輸?shù)榷喾N多媒體業(yè)務：各種高帶寬需求的媒體業(yè)務開始出現(xiàn)，比如高安全性通信、高保真語音、高清視頻通信等等?，F(xiàn)今網(wǎng)絡提供服務質(zhì)量，不能滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本服務質(zhì)量要求。統(tǒng)一通信將多種業(yè)務的媒體流同時承載在P2P網(wǎng)絡上，需要的帶寬極具增加，這更加加劇了QoS問題。語音和圖形圖像數(shù)據(jù)同時在單一的一條路徑傳輸，由于圖形圖像數(shù)據(jù)流占用的帶寬相對較高，這會導致音頻質(zhì)量急劇下降。把由于多業(yè)務媒體流的高帶寬需求導致的QoS下降稱為多業(yè)務媒體流的QoS問題。

QoS（Quδlity of Service，服務質(zhì)量）指一個網(wǎng)絡能夠利用各種基礎技術(shù)，為指定的網(wǎng)絡通信提供更好的服務能力, 是網(wǎng)絡的一種安全機制， 是用來解決網(wǎng)絡延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。 在正常情況下，如果網(wǎng)絡只用于特定的無時間限制的應用系統(tǒng)，并不需要QoS，比如Web應用，或E-mδil設置等。但是對關(guān)鍵應用和多媒體應用就十分必要。當網(wǎng)絡過載或擁塞時，QoS 能確保重要業(yè)務量不受延遲或丟棄，同時保證網(wǎng)絡的高效運行。在RFC 3644上有對QoS的說明。

目前，解決Internet數(shù)據(jù)傳輸?shù)腝oS問題的方案主要有2種：（1）、讓網(wǎng)絡提供區(qū)分服務(DiffServ)，并給予數(shù)模轉(zhuǎn)換等實時應用較高的優(yōu)先級；（2）、利用網(wǎng)絡自身已經(jīng)具有的路徑多樣性，讓應用程序選擇最優(yōu)的路徑傳輸。這兩種辦法都有不可逾越的瓶頸，如何能夠?qū)⑸鲜鰞煞N方法結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸是目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)任務是針對以上不足，提供一種基于SPI和P2P網(wǎng)絡的媒體流分離傳輸方法，來解決如何能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)每種媒體流的類型相對應的選擇不同的路徑傳輸并分離地進行切換，將多個媒體流分布于多樣性的路徑中，提高數(shù)據(jù)流的傳輸質(zhì)量，降低因低帶寬所導致的質(zhì)量損耗的問題。

本發(fā)明的技術(shù)任務是按以下方式實現(xiàn)的，一種基于SPI和P2P網(wǎng)絡的媒體流分離傳輸方法，該方法通過P2P覆蓋網(wǎng)絡來傳輸媒體流，使用P2P覆蓋網(wǎng)絡的應用層路由，利用路徑多樣性來提高媒體流傳輸?shù)目煽啃?，并使用集中式SIP信令，通過多指標綜合評價方法評選出性能較好的客戶端節(jié)點充當中繼服務節(jié)點，并通過一個P2P覆蓋網(wǎng)絡組織上述客戶端節(jié)點；為了組織P2P覆蓋網(wǎng)絡，客戶端節(jié)點采用了資源檢索機制來發(fā)現(xiàn)Peer節(jié)點；同時使用DHT網(wǎng)絡和目錄服務器來存儲和檢索Peer節(jié)點資源，客戶端節(jié)點和Peer節(jié)點之間通過一個無結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡模型組織起來；客戶端節(jié)點和Peer節(jié)點同時運行P2P的維護協(xié)議來維護覆蓋網(wǎng)絡；當通信雙方需要中繼服務節(jié)點建立會話時，從P2P覆蓋網(wǎng)絡中選擇多個中繼服務節(jié)點，并通過SPI信令協(xié)商多條媒體傳輸路徑，完成多媒體流分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和路徑切換。

作為優(yōu)選，所述多指標綜合評價方法步驟如下：

（1）、通過測量方法得到路徑的測量指標，路徑的測量指標包括延遲、分組丟失率和延遲抖動；

（2）、將測量指標無量綱化；

（3）、通過綜合計算方法得到路徑的綜合評價值，綜合計算方法采用加權(quán)平均法。

作為優(yōu)選，所述路徑選擇和路徑切換的算法：

（1）、在每個周期k，將測量的路徑質(zhì)量轉(zhuǎn)換為原始的路徑質(zhì)量，去除媒體流占用帶寬對路徑質(zhì)量的影響，并對路徑質(zhì)量進行預測；

（2）、根據(jù)路徑切換的情況更新砧計值；

（3）、搜索使得整體期望質(zhì)量最優(yōu)的一組路徑組合。

更優(yōu)地，所述多媒體流分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和路徑切換算法如下：

（1）、初始化每條路徑的δ_i，j（0）值；

（2）、初始選擇默認的路徑組合L₁(0)，L₂(0),···，L_n(O)；

（3）、對于每一個路徑組合時隙k；

（4）、測量計算所有路徑的綜合路徑質(zhì)量Q_l(k)，Q₂(k)，?，Q_N(k)；

（5）、按規(guī)則1更新路徑的原始路徑質(zhì)量Q₁^’(k+1)，Q₂^’(k+1)，···，Q_n^’(k+1)；

（6）、按規(guī)則2更新路徑的影響因子δ_i，j（k+1）,其中，δ_i，j（k+1）表示媒體流j對路徑i的路徑質(zhì)量的影響因子：δ_i，j（k+1）=（Q_無媒體流-Q_有媒體流）/Q_無媒體流，這樣，每條路徑i用如下的一個m+ 1元組描述：（Q_i(k)，Q_i，1(k)），Q_i，2(k)，···，Q_i，m(k)），其中，Q_i(k)是每個周期測量的路徑質(zhì)量，δ_i，j（k+1）是媒體流帶寬對路徑質(zhì)量影響因子的估計值；

（7）、選擇路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，···，L_m(k+1)，使得Q_overall最大；

（8）、如果 Q_overall (k+1)> Q_overall (k)+S，將媒體傳輸路徑切換到路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，?，L_m(k+1)，其中，S為對路徑切換設定了一個閾值，只有當整體的路徑質(zhì)量改進超過閥值時才會真正切換路徑；

（9）、結(jié)束；

其中，所述步驟（5）中的規(guī)則1為：對于那些在周期k傳輸了媒體流的路徑L₁(k)，L₂(k),···，L_n(k)：Q_L1^’(k+1)= Q_L1(k)(1+δ_L1，i（k)）;

對于周期k沒有傳輸媒體流的路徑，則：Q_L1^’(k+1)= Q_L1(k)；

δ_i，j（k）是媒體流j對路徑i的路徑質(zhì)量影響因子的估計值，對δ進行準確地估計采用一個自適應算法來不斷地修正δ值，首先，賦予δ一個經(jīng)驗值，然后在每個周期對發(fā)生了媒體流切換的路徑采用指數(shù)平滑方法來修正δ值；

所述步驟（6）中的規(guī)則2為：對于δ_i，j（k），只考慮媒體流j在路徑i上發(fā)生的切換；若路徑i在周期k沒有傳輸任何媒體流，在周期k-1也沒有傳輸任何媒體流，在更新δ_i，j（k）如下：δ_i，j（k+1）=δ_i，j（k）；

若路徑i在周期k傳輸了媒體流j，則：

若路徑i在周期k沒有傳輸任何媒體流，而在周期k-1傳輸了媒體流j，則：

根據(jù)上述規(guī)則更新了每條路徑的狀態(tài)之后，就能計算路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，···，L_m(k+1)的整體期望性能了，計算是必須考慮媒體流對路徑質(zhì)量的影響；

所述步驟（7）中Q_overall 整體期望質(zhì)量的計算公式：

。

本發(fā)明的基于SPI和P2P網(wǎng)絡的媒體流分離傳輸方法具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明利用系統(tǒng)提供的路徑多樣性，為每種媒體流分別選擇路徑傳輸并分離地進行切換，將多個媒體流分布于多樣性的路徑中，減少了帶寬對路徑質(zhì)量的影響；

2、本發(fā)明利用SPI和P2P網(wǎng)絡以及網(wǎng)絡固有的路徑多樣性，根據(jù)每種媒體流的類型相對應的選擇不同的路徑傳輸并分離地進行切換，將多個媒體流分布于多樣性的路徑中，提高數(shù)據(jù)流的傳輸質(zhì)量，降低因低帶寬所導致的質(zhì)量損耗；

3、本發(fā)明為每個業(yè)務的媒體流選擇不同的路徑并分離地傳輸，充分地挖掘了網(wǎng)絡的路徑多樣性，提高了端到端的帶寬可用性，這種多路徑傳輸?shù)乃枷牒湍壳傲餍械腜2P文件傳輸方法類似。

故本發(fā)明具有設計合理、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、一物多用等特點，因而，具有很好的推廣使用價值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。

附圖1為基于SPI和P2P網(wǎng)絡的媒體流分離傳輸方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參照說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明的一種基于SPI和P2P網(wǎng)絡的媒體流分離傳輸方法作以下詳細地說明。

實施例1：

如附圖1所述，本發(fā)明的基于SPI和P2P網(wǎng)絡的媒體流分離傳輸方法,該方法通過P2P覆蓋網(wǎng)絡來傳輸媒體流，使用P2P覆蓋網(wǎng)絡的應用層路由，利用路徑多樣性來提高媒體流傳輸?shù)目煽啃?，并使用集中式SIP信令，通過多指標綜合評價方法評選出性能較好的客戶端節(jié)點充當中繼服務節(jié)點，并通過一個P2P覆蓋網(wǎng)絡組織上述客戶端節(jié)點；為了組織P2P覆蓋網(wǎng)絡，客戶端節(jié)點采用了資源檢索機制來發(fā)現(xiàn)Peer節(jié)點；同時使用DHT網(wǎng)絡和目錄服務器來存儲和檢索Peer節(jié)點資源，客戶端節(jié)點和Peer節(jié)點之間通過一個無結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡模型組織起來；客戶端節(jié)點和Peer節(jié)點同時運行P2P的維護協(xié)議來維護覆蓋網(wǎng)絡；當通信雙方需要中繼服務節(jié)點建立會話時，從P2P覆蓋網(wǎng)絡中選擇多個中繼服務節(jié)點，并通過SPI信令協(xié)商多條媒體傳輸路徑，完成多媒體流分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和路徑切換。多指標綜合評價方法步驟如下：

（1）、通過測量方法得到路徑的測量指標，路徑的測量指標包括延遲、分組丟失率和延遲抖動；

（2）、將測量指標無量綱化；

（3）、通過綜合計算方法得到路徑的綜合評價值，綜合計算方法采用加權(quán)平均法。

路徑選擇和路徑切換的算法：

（1）、在每個周期k，將測量的路徑質(zhì)量轉(zhuǎn)換為原始的路徑質(zhì)量，去除媒體流占用帶寬對路徑質(zhì)量的影響，并對路徑質(zhì)量進行預測；

（2）、根據(jù)路徑切換的情況更新砧計值；

（3）、搜索使得整體期望質(zhì)量最優(yōu)的一組路徑組合。

多媒體流分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和路徑切換算法如下：

（1）、初始化每條路徑的δ_i，j（0）值；

（2）、初始選擇默認的路徑組合L₁(0)，L₂(0),···，L_n(O)；

（3）、對于每一個路徑組合時隙k；

（4）、測量計算所有路徑的綜合路徑質(zhì)量Q_l(k)，Q₂(k)，?，Q_N(k)；

（5）、按規(guī)則1更新路徑的原始路徑質(zhì)量Q₁^’(k+1)，Q₂^’(k+1)，···，Q_n^’(k+1)；

（6）、按規(guī)則2更新路徑的影響因子δ_i，j（k+1）,其中，δ_i，j（k+1）表示媒體流j對路徑i的路徑質(zhì)量的影響因子：δ_i，j（k+1）=（Q_無媒體流-Q_有媒體流）/Q_無媒體流，這樣，每條路徑i用如下的一個m+ 1元組描述：（Q_i(k)，Q_i，1(k)），Q_i，2(k)，···，Q_i，m(k)），其中，Q_i(k)是每個周期測量的路徑質(zhì)量，δ_i，j（k+1）是媒體流帶寬對路徑質(zhì)量影響因子的估計值；

（7）、選擇路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，···，L_m(k+1)，使得Q_overall最大；

（8）、如果 Q_overall (k+1)> Q_overall (k)+S，將媒體傳輸路徑切換到路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，?，L_m(k+1)，其中，S為對路徑切換設定了一個閾值，只有當整體的路徑質(zhì)量改進超過閥值時才會真正切換路徑；

（9）、結(jié)束；

其中，步驟（5）中的規(guī)則1為：對于那些在周期k傳輸了媒體流的路徑L₁(k)，L₂(k),···，L_n(k)：Q_L1^’(k+1)= Q_L1(k)(1+δ_L1，i（k)）;

對于周期k沒有傳輸媒體流的路徑，則：Q_L1^’(k+1)= Q_L1(k)；

δ_i，j（k）是媒體流j對路徑i的路徑質(zhì)量影響因子的估計值，對δ進行準確地估計采用一個自適應算法來不斷地修正δ值，首先，賦予δ一個經(jīng)驗值，然后在每個周期對發(fā)生了媒體流切換的路徑采用指數(shù)平滑方法來修正δ值；

步驟（6）中的規(guī)則2為：對于δ_i，j（k），只考慮媒體流j在路徑i上發(fā)生的切換；若路徑i在周期k沒有傳輸任何媒體流，在周期k-1也沒有傳輸任何媒體流，在更新δ_i，j（k）如下：δ_i，j（k+1）=δ_i，j（k）；

若路徑i在周期k傳輸了媒體流j，則：

若路徑i在周期k沒有傳輸任何媒體流，而在周期k-1傳輸了媒體流j，則：

根據(jù)上述規(guī)則更新了每條路徑的狀態(tài)之后，就能計算路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，···，L_m(k+1)的整體期望性能了，計算是必須考慮媒體流對路徑質(zhì)量的影響；

步驟（7）中Q_overall 整體期望質(zhì)量的計算公式：

。

實施例2：

本發(fā)明路徑質(zhì)量的評價模型，用來評價路徑的質(zhì)量，并作為路徑選擇和切換的依據(jù)；分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和路徑切換算法，為每個媒體流選擇單獨的路徑，分離地傳輸和切換。在評價模型方面，使用基于網(wǎng)絡測量的多指標綜合評價方法。另外，本方案的單媒體流路徑選擇和路徑切換算法的基礎上，提出了一個多業(yè)務流分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和切換算法。

（一）、基于測量的多指標綜合評價方法

本發(fā)明使用了一種通過測量來綜合評價路徑質(zhì)量的方法。該方法首先通過測量方法得到路徑的測量指標(metrics)，比如延遲、分組丟失率、延遲抖動等。然后將測量指標無量綱化，最后通過綜合計算得到路徑的綜合評價值。一般的綜合計算方法就是加權(quán)平均法，在實際的應用中可根據(jù)策略設置不同的權(quán)值。這種方法計算出來的路徑質(zhì)量評價值的取值范圍為[0，1]，而且評價值越大，路徑質(zhì)量越高。

（二）、 路徑選擇和路徑切換算法

本發(fā)明提出了針對單個媒體流的路徑選擇和路徑切換機制，其主要思想是：經(jīng)過SIP信令的交互后，通信雙方協(xié)商了一組中繼路徑，然后雙方的媒體協(xié)議棧監(jiān)測這些路徑的性能，定期選擇最優(yōu)的路徑進行切換。目標問題變?yōu)獒槍Χ鄠€媒體流進行路徑選擇和切換，描述如下。

在周期k，通過測量和計算得到n條備用路徑的質(zhì)量Q_l(k)，Q₂(k)，···，Qn(k)；該周期為m個媒體流選擇的路徑分別為L_l(k)，L₂(k)，···，Ln(k)?，F(xiàn)要求根據(jù)測量的路徑質(zhì)量，選擇周期“1的m個媒體流的路徑L₁(k+1)，L₂(k+1)，···，L_n(k+1)，使得其整體期望路徑質(zhì)量最優(yōu)：

現(xiàn)在問題轉(zhuǎn)化為在所有可能的L₁(1)，如L₂(k+1)，···，Ln(k+1)組合中找到使整體期望性能最優(yōu)的一組路徑。但是式(1)中Q_L1^’(k+1)是選擇路徑Li傳輸媒體流i之后的期望路徑質(zhì)量，而測量的是上周期的路徑質(zhì)量，因此首先需要一個預測模型來根據(jù)測量的路徑質(zhì)量預測下周期的期望質(zhì)量。本方案使用一個簡單但非常有效的預測模型：假設周期k路徑f的路徑質(zhì)量測量值為Qi(k)，則預測下周期的質(zhì)量為Q_i^’(k+1)= Q_i(k)。

這種簡單的預測模型總是將下周期的質(zhì)量預測為上周期的測量值。另外，媒體流會對路徑質(zhì)量產(chǎn)生影響，而通過測量得到的路徑質(zhì)量可能是受到影響后的路徑質(zhì)量。因此需要將測量得到的路徑質(zhì)量統(tǒng)一映射為真實的原始路徑質(zhì)量。

算法是：在每個周期k，首先將測量的路徑質(zhì)量轉(zhuǎn)換為原始的路徑質(zhì)量，去除媒體流占用帶寬對路徑質(zhì)量的影響，并對路徑質(zhì)量進行預測；然后根據(jù)路徑切換的情況更新砧計值；最后，搜索使得整體期望質(zhì)量最優(yōu)的一組路徑組合。

本發(fā)明的關(guān)鍵就是對萬進行準確地估計，因此采用一個自適應算法來不斷地修正萬值。首先，賦予一個經(jīng)驗初值；然后在每個周期對發(fā)生了媒體流切換的路徑采用指數(shù)平滑方法來修正萬值。

給出針對多媒體流分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和切換算法如下：

路徑選擇和路徑切換的算法：

（1）、在每個周期k，將測量的路徑質(zhì)量轉(zhuǎn)換為原始的路徑質(zhì)量，去除媒體流占用帶寬對路徑質(zhì)量的影響，并對路徑質(zhì)量進行預測；

（2）、根據(jù)路徑切換的情況更新砧計值；

（3）、搜索使得整體期望質(zhì)量最優(yōu)的一組路徑組合。

多媒體流分離傳輸?shù)穆窂竭x擇和路徑切換算法如下：

（1）、初始化每條路徑的δ_i，j（0）值；

（2）、初始選擇默認的路徑組合L₁(0)，L₂(0),···，L_n(O)；

（3）、對于每一個路徑組合時隙k；

（4）、測量計算所有路徑的綜合路徑質(zhì)量Q_l(k)，Q₂(k)，?，Q_N(k)；

（5）、按規(guī)則1更新路徑的原始路徑質(zhì)量Q₁^’(k+1)，Q₂^’(k+1)，···，Q_n^’(k+1)；

（6）、按規(guī)則2更新路徑的影響因子δ_i，j（k+1）,其中，δ_i，j（k+1）表示媒體流j對路徑i的路徑質(zhì)量的影響因子：δ_i，j（k+1）=（Q_無媒體流-Q_有媒體流）/Q_無媒體流，這樣，每條路徑i用如下的一個m+ 1元組描述：（Q_i(k)，Q_i，1(k)），Q_i，2(k)，···，Q_i，m(k)），其中，Q_i(k)是每個周期測量的路徑質(zhì)量，δ_i，j（k+1）是媒體流帶寬對路徑質(zhì)量影響因子的估計值；

（7）、選擇路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，···，L_m(k+1)，使得Q_overall最大；

（8）、如果 Q_overall (k+1)> Q_overall (k)+S，將媒體傳輸路徑切換到路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，?，L_m(k+1)，其中，S為對路徑切換設定了一個閾值，只有當整體的路徑質(zhì)量改進超過閥值時才會真正切換路徑；

（9）、結(jié)束；

其中，步驟（5）中的規(guī)則1為：對于那些在周期k傳輸了媒體流的路徑L₁(k)，L₂(k),···，L_n(k)：Q_L1^’(k+1)= Q_L1(k)(1+δ_L1，i（k)）;

對于周期k沒有傳輸媒體流的路徑，則：Q_L1^’(k+1)= Q_L1(k)；

δ_i，j（k）是媒體流j對路徑i的路徑質(zhì)量影響因子的估計值，對δ進行準確地估計采用一個自適應算法來不斷地修正δ值，首先，賦予δ一個經(jīng)驗值，然后在每個周期對發(fā)生了媒體流切換的路徑采用指數(shù)平滑方法來修正δ值；

步驟（6）中的規(guī)則2為：對于δ_i，j（k），只考慮媒體流j在路徑i上發(fā)生的切換；若路徑i在周期k沒有傳輸任何媒體流，在周期k-1也沒有傳輸任何媒體流，在更新δ_i，j（k）如下：δ_i，j（k+1）=δ_i，j（k）；

若路徑i在周期k傳輸了媒體流j，則：

若路徑i在周期k沒有傳輸任何媒體流，而在周期k-1傳輸了媒體流j，則：

根據(jù)上述規(guī)則更新了每條路徑的狀態(tài)之后，就能計算路徑組合L_l(k+1)，L₂(k+1)，···，L_m(k+1)的整體期望性能了，計算是必須考慮媒體流對路徑質(zhì)量的影響；

步驟（7）中Q_overall 整體期望質(zhì)量的計算公式：

。

通過上面具體實施方式，所述技術(shù)領域的技術(shù)人員可容易的實現(xiàn)本發(fā)明。但是應當理解，本發(fā)明并不限于上述的兩種具體實施方式。在公開的實施方式的基礎上，所述技術(shù)領域的技術(shù)人員可任意組合不同的技術(shù)特征，從而實現(xiàn)不同的技術(shù)方案。

除說明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。