基于P2P流媒体的远程教学平台的设计与评测研究

摘要

针对目前基于客户机服务器(C/S)模式远程教学平台系统在大规模用户同时在线时的服务器端瓶颈问题，本文提出了基于P2P的流媒体解决方案，并对一个基于C/S模式的系统成功改造成P2P模式。首先，本文从当前存在的远程教学平台系统应用中的问题出发，深入分析了影响远程教学平台的流媒体教学系统性能的主要原因。其次，针对原有的C/S架构的缺陷，提出将P2P原理应用于远程教学平台的思路，在C/S架构基础上开发改造成一套以P2P流媒体技术的远程教学平台。再次，并在实验原型平台的基础上，用OPNET网络仿真专用工具分析了大规模用户并发时的数据流。经小型局域网实验验证，P2P系统能够很好地运行。教学平台实现了用P2P来改造系统扩大远程视频教学规模的思想，有力地扩大了远程教育所能容纳的用户的数量，解决了大规模用户同时在线时的服务器端的瓶颈问题。实验和有关分析证明，将P2P技术融合到原有的流媒体教学平台能够很好地优化系统的性能，减轻服务器端的输入输出压力和网络带宽压力，同时客户机端的视频教学效果也有了很大的提升。改进后的系统对网络带宽和服务器处理能力的要求明显降低，且容易部署，扩展性高，支持的用户并发数量大大增加。文中主要介绍了基于P2P流媒体系统的设计原理与搭建方法，并对远程视频系统的大规模P2P网络数据流进行了分析研究。 原有流媒体教学平台技术架构的缺陷造成了网络视频教学流的传输经常引起带宽、抖动的剧烈变化，难以满足远程教学平台视频流大规模客户并发的要求，常常造成播放停顿再次缓冲、画面抖动剧烈等情况，同时给学生的观看效果造成影响。因此，对于如何利用P2P技术改进远程教学平台流媒体视频的收看质量效果的研究具有重要的理论意义和实用价值。事实上，在大规模流媒体教学平台中，采用原有的单播技术和IP组播技术构建的传统数据分发形式已经无法满足远程流媒体视频教学的应用在带宽和QoS方面的要求。文中的实验测量方法相对简单，但是测量结果不依赖于其他主观因素，具有独立性，能够更直观、准确地反映客户端P2P流媒体的接收质量。本文引入应用层。P2P技术的思想，搭建了一个远程视频教学平台，实验证明，P2P效果明显：可以形成大规模的视频流的传递和投送，可以有力地改善原有的视频教学系统。 本文对网络性能专用测量工具OPNET进行了介绍。并利用OPNET对并发情况下的网络真实数据包进行了测量和分析。实验和研究分析结果证明，利用P2P技术来改善原有CS架构流媒体教学平台是完全可行的。使用P2P技术改造原有系统，可以在不增加任何硬件投入的情况下，扩大远程网络教育的规模。这对于推进我国的远程教育，尤其是远程教学视频的大规模数据流的投送乃至扩大远程教育的规模都具有重要的理论和实践意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.1.1背景

1.1.2意义

1.2我国远程教育的发展现状及趋势

1.3国内外P2P流媒体技术研究现状

1.3.1基于P2P的流媒体直播系统发展

1.4本论文的工作和各章内容安排

第二章教学平台系统的教育学习理论基础

2.1远程学习理论

2.2自组织理论

2.3远程学习圈理论

2.4赤瑞特拉心理学实验结果理论

第三章本教学平台的关键技术

3.1流媒体技术相关理论

3.1.1流媒体定义

3.1.2流媒体内容传递方式

3.1.3流媒体相关协议

3.2 P2P技术的相关理论

3.2.1 P2P技术概念

3.2.2 P2P流媒体的结构模型

3.2.3多播树协议及其激励机制

3.2.4 P2P系统搜索算法

3.3 C/S模式和P2P模式流媒体的特点和优势分析

3.4 P2P流媒体传输系统的技术特点

3.5基于分层思想的P2P流媒体系统设计

第四章P2P流媒体教学平台设计

4.1系统总体设计目标

4.2 P2P流媒体平台系统的拓扑结构

4.3 P2P系统平台的设计框架图

4.4平台系统功能目标分析

4.5平台系统的主要功能模块

4.6平台的系统主要性能特点

4.7系统数据库设计

第五章P2P流媒体教学平台分析与研究

5.1Opnet网络建模仿真软件介绍

5.2基于opnet P2P流媒体数据包的分析

5.3实际互联网环境下C/S和P2P流媒体系统的比较测试

第六章总结与展望

6.1实现的工作

6.2不足之处

6.3 P2P流媒体技术对远程教育的影响展望

致谢

攻读学位期间的研究成果

参考文献

附录