基于P2P流媒体分发系统的直播和缓存技术的研究

摘要

流媒体技术的出现使得多媒体通过网络从媒体服务器上向终端的持续实时传输成为可能。目前的大部分流媒体软件是基于C/S模式，服务器端的负载与流量等瓶颈制约了系统的扩展性和服务质量。一些新技术如IP组播、内容分发网络CDN(Content Delivery Network)等的出现并未完全解决这一问题，近年来兴起的P2P技术为解决这一问题提出了新的解决思路。P2P网络中通信主机互相作为服务器，就可以将服务从中心节点推向边缘节点，使系统充分利用了网络边缘的主机资源，提高系统性能和服务质量。本文结合上海市电信有限公司移动“全球眼”视频监控系统的子项目基于P2P IPTV系统关键技术研究(项目编号为07-029-YD05)，对基于P2P流媒体分发系统的直播和缓存技术进行了研究，其工作是具有重要的理论研究意义和实用价值。 首先，本文对课题发展现状、现有的P2P技术和JXTA通用平台进行了深入的分析，在给出P2P流媒体分发系统架构并分析了流媒体直播业务功能后，提出了基于P2P流媒体分发系统的直播结构，并按逻辑分层结构对各层进行了设计。 其次，本文重点在P2P覆盖网络层和P2P媒体控制层详细分析和讨论了基于P2P的流媒体直播中关键技术及实现：在覆盖网络层中使用成员服务和证书实现了对等组构建和加入检查；心跳机制保证了其他节点能监测到对等点非正常离开行为；NAT后的节点使用端点路由协议进行无障碍通信。在媒体控制层中，建立循环缓冲区存储本地以及提供其他终端节点的需要数据；提供多源传输方式，避免节点退出而影响服务质量，其中选片算法使所有Peer的数据分块分布平衡；采用节点监控在节点失效时重新生成传输节点列表，保证传输的有效性。使系统既发挥了P2P的优势，又能适应节点的动态变化，从而提高了系统服务能力。 再次，本文提出了一种基于前缀缓存和流行度缓存的缓存替换算法，不仅提高用户响应速度的同时，而且还能将广域传输转为本地或就近访问，提高了对边缘服务器请求的命中率。 最后，以直播业务为实例，实现了一个基于P2P流媒体直播系统的原型，并进行了系统性能分析，结果表明所研究的技术是可行的，达到了直播业务功能要求。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外发展现状

1.3课题研究内容与意义

1.4本文组织结构

第二章P2P网络与通用平台JXTA

2.1 P2P网络

2.2 JXTA平台

2.3流媒体技术

2.4本章小结

第三章基于P2P流媒体分发系统的直播结构

3.1基于P2P流媒体分发系统架构

3.2基于P2P流媒体内容分发过程

3.3基于P2P流媒体直播结构的分析与设计

3.3.1需求分析

3.3.2直播结构

3.3.3分发原理

3.3.4分层结构

3.4本章小结

第四章基于P2P流媒体直播关键技术的研究

4.1 P2P覆盖网络层

4.1.1用户身份验证

4.1.2对等组的创建、发布和加入

4.1.3对等点离开

4.1.4对等点间数据传输

4.1.5 NAT穿透

4.2 P2P媒体控制层

4.2.1数据缓冲

4.2.2多源传输

4.2.3节点监控

4.3媒体应用层

4.4本章小结

第五章基于P2P流媒体分发中缓存技术的研究

5.1 P2P流媒体分发中缓存技术

5.2基于前缀缓存和流行度缓存的缓存替换算法

5.2.1前缀缓存

5.2.2流行度的定义与计算

5.2.3缓存替换算法流程

5.2.4算法性能分析

5.3本章小结

第六章P2P流媒体直播的实例与分析

6.1系统环境

6.2运行过程

6.3性能分析

6.4本章小结

总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者攻读学位期间参与的科研工作

致谢