基于P2P技术的流媒体直播系统研究与实现

摘要

近年来，由于互联网的广泛普及和宽带网的高速发展，对网络带宽要求较高的网络多媒体技术也发展迅猛，其中基于P2P网络的流媒体技术成为当前研究的热点。P2P技术采用完全分布式结构，网络中的节点既可以获取其他节点的资源或服务，同时又是资源或服务的提供者。使用P2P技术进行流媒体直播不仅能有效降低服务器资源和网络带宽占用，而且能适应网络的异构性，部署的成本和复杂度较低。虽然目前基于P2P技术的流媒体直播系统已经有多种实现，然而现有系统仍然有一些必须解决的问题，包括：网络延时、网络不可控、上下行带宽不对称、NAT穿越、安全性和可管理性等问题。 本文针对大规模P2P流媒体直播中的若干问题进行了深入的研究，从覆盖网结构、节点管理与维护、数据调度策略以及异常处理等方面分析比较了几种典型的P2P流媒体系统模型。并且对于当前系统中已存在的组播结构不稳定、异构节点适应性差、数据调度效率低、控制开销大等问题，设计了一套完整的面向大规模网络的P2P流媒体直播系统。论文主要研究内容和创新点如下：首先，提出了应用层组播的构造方案。该方案以流媒体应用为核心，通过Gossip协议维护异构节点的拓扑结构，以动态节点选择提高了拓扑的稳定性。并针对P2P网络中NAT的存在带来的问题，提出了一种新的NAT穿越方法，该方法可以穿越对称型NAT，有效提高了P2P网络中节点资源的利用率。其次，提出一种自适应的数据调度算法-LFsA。该算法基于资源的分布情况选择出“活动数据发送节点集合”，在集合的基础上以易于实现的方式综合考虑了节点负载、网络延迟等因素来动态调度数据的发送节点，实验表明该算法具有较低的开销。最后，设计并实现了PolyTV P2P流媒体直播系统，并对其进行了测试，大量实验数据表明该系统具有控制开销小、低延迟、可靠性高和成本低等特点，可以在互联网上进行大规模的视频直播。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景

1.2 P2P技术及流媒体研究现状

1.2.1国外P2P研究现状

1.2.2国内P2P研究现状

1.2.3 P2P流媒体应用研究现状

1.3作者主要研究内容

1.4论文组织结构

第2章典型应用层组播模型分析

2.1应用层组播模型概述

2.2基于单多播树的网络模型

2.2.1 ESM模型

2.2.2 PeerCast模型

2.2.3 Nice模型

2.2.4 ZigZag模型

2.3基于多个多播树的网络模型

2.3.1 CoopNet模型

2.3.2 SplitStream模型

2.4基于网状结构的网络模型

2.4.1组播拓扑的构建

2.4.2数据传输拓扑的构建

2.5应用层组播性能评价标准

2.6本章小结

第3章P2P流媒体直播系统的设计

3.1系统设计目标

3.2系统设计思想

3.3总体实现方案

3.4数据块的表示与划分

3.5数据缓冲区设计

3.6数据调度策略

3.6.1相关研究

3.6.2存在的问题

3.6.3数据调度原则

3.7本章小结

第4章系统实现的关键技术研究

4.1应用层组播网的构建

4.1.1新节点加入

4.1.2成员管理

4.1.3伙伴管理

4.1.4退出策略

4.2数据调度算法

4.2.1算法描述

4.2.2实例分析

4.2.3与DONet模型中调度策略的比较

4.3 NAT穿越问题

4.3.1 NAT对P2P应用的影响

4.3.2 STUN协议与NAT穿越

4.3.3新的NAT穿越方案

4.4本章小结

第5章系统测试与评价

5.1测试环境的搭建

5.2测试结果分析与评价

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢