基于流媒体直播系统的P2P关键技术研究

摘要

随着多媒体传输技术的进一步发展，流媒体直播有望成为当今互联网的杀手级应用。在大规模直播场景下，传统的客户机/服务器模式已不能满足其性能要求。对等网络（Peer-to-Peer,P2P）模式具有高扩展性、健壮性和低成本等优势，每个节点在网络中地位相同，且与其他节点共享自己的存储、计算、带宽等资源，大大减轻对服务器的压力，也避免了单点失效问题，因此非常适合应用于大规模流媒体直播系统中。流媒体直播作为一种实时应用，对播放内容的传输时延和连续性很敏感，因为这两个因素直接影响着用户的体验质量。如何在P2P模式下保证流媒体传输的低时延和播放连续性，是非常值得关注的研究方向。
　　本文介绍了P2P技术的发展历史、特点和研究现状，并对流媒体相关的理论知识进行了阐述。对P2P流媒体直播系统中的两个关键技术，即网络构建方法和数据块调度策略进行了分析与研究。以往的P2P拓扑和数据块调度多基于随机的策略，不能体现节点和数据块的特性，针对这个问题，提出一种新型的P2P流媒体系统方案，提出基于上传带宽的P2P网络构建方法和有偏向性的数据块调度策略。本文的主要工作如下：
　　首先，本文对现有主流的流媒体系统和经典P2P传输协议进行研究，分析各个方案的显著特征、优缺点和适用范围，学习其中的宝贵经验。总结出影响系统传输时延和流畅性的两个重要因素：P2P网络的结构和数据块调度，并着重在这两个维度进行探索。
　　然后，本文从系统拓扑入手，对结构化P2P网络和非结构化P2P网络的特点进行详细介绍，综合两种结构的特点，并考虑上传带宽大小，提出一种可以感知带宽的混合分层组网方法，使得具有较强服务能力的节点更靠近内容源节点，从而加速流媒体数据的分发。在此基础上，根据数据块的播放紧急程度和节点的服务能力，分别设置优先级，提出一种有偏向性的调度策略，在保证播放流畅性的同时也使得节点间保持负载均衡。
　　最后，在仿真平台上对提出的方案进行仿真实验。具体步骤包括实验平台的搭建、方案的实现以及对实验结果进行分析。对影响流媒体直播系统性能的主要因素，如启动时延、传输时延、丢包率指标进行测试，并和已有方案对比，大量的实验数据表明本文提出的方案达到了预期的目的，能够降低流媒体的传输时延，提高播放质量，适合应用在大规模流媒体直播系统中。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1 .1课题研究背景

1 .2相关研究现状

1 .3研究内容和目标

1 .4全文章节安排

第二章 P2P流媒体相关技术

2.1 P2P技术

2 .2流媒体技术

2 .3本章小结

第三章 P2P流媒体关键技术的分析与设计

3 .1概述

3.2 P2P拓扑生成方法

3.3 P2P数据块调度方法

3 .4本章小结

第四章 系统仿真与性能分析

4 .1仿真环境介绍

4 .2仿真结果分析

4 .3本章小结

第五章 总结与展望

5 .1总结

5 .2展望

参考文献

致谢

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