基于P2P媒体交换策略的SIP通信体系结构及其关键技术研究

摘要

随着Internet网络发展，以及人们对便捷通信的需求日益迫切，IP通信被推到Internet应用的前端，并逐渐向统一通信(EoIP，Everything over IP)发展。由于Internet网络的尽力而为(Best Effort)服务，无法提供服务质量保证，使得IP通信系统面临着严重的媒体QoS问题，阻碍了其进一步发展。因此，针对IP通信QoS问题的研究意义重大。
　　 本文在现有解决方案的基础上，结合目前热门的SIP信令协议、P2P技术、应用层路由技术，提出了一种信令集中式、媒体传输P2P的SIP通信体系结构，SIP+P2P通信系统，用来解决IP通信的QoS问题。针对SIP+P2P系统的关键问题，如路径协商机制、路径质量评价模型、P2P Relay网络的覆盖模型、P2PRelay查找机制以及路由优化策略，分别提出了对应的解决方案。
　　 具体而言，本文的主要研究工作有：
　　 (1)在对现有IP通信系统的体系结构研究进行评价后，提出了一个SIP+P2P系统框架：采用集中式的SIP信令，P2P方式的媒体传输；通过P2P方式的应用层路由网络提高媒体传输性能。在该框架中，扩展SIP信令，设计了一种多路径协商和建立机制，以提供多路径路由机制；针对路径质量的评价问题，提出一种基于网络参数的路径质量评价模型。
　　 (2)针对SIP+P2P系统的P2P Relay覆盖网络问题，提出了一种混合式的P2P Relay覆盖网络模型——中继服务Cluster Overlay网络(RSCON)。该模型能够模拟真实Internet网络拓扑的层次性和聚集特性，较好地解决了P2PRelay覆盖网络模型问题。进一步，针对现有Internet的拓扑复杂性，对RSCON提出了改进方法，改进模型能较好地兼容复杂的Internet拓扑现象。实验和分析证明，RSCON及其改进模型都具有很好的可伸缩性能和较低的相对路径质量，从而表明RSCON与真实的网络拓扑十分接近。
　　 (3)在RSCON模型基础上，提出一种拓扑感知的Relay查找机制。与传统算法相比，该机制能有效地挖掘网络拓扑信息。进一步，针对复杂的Internet拓扑问题，在改进的RSCON模型基础上，提出了拓扑感知Relay查找机制的相应改进方案，较好地发掘了TIV(三角不等式破坏)现象。仿真结果表明，与其他机制相比，拓扑感知的Relay查找机制具有较高的查找命中率和路径质量效率。
　　 (4)最后，在SIP+P2P系统的多路径路由机制基础上，针对各种典型的应用问题分别提出了三种路由优化方法：1)针对单媒体流的动态路径切换方法；2)针对多业务流的分离传输方法；3)针对高带宽业务的并行传输方法和智能路由控制。路径切换方法针对单个业务的媒体流，根据候选路径的性能变化，选择最优的路径进行切换，从而保证了整体的端到端路径质量。分离传输方法针对多个业务的媒体流，为每个媒体流分别选择路径分离传输，并分离地切换，有效地提高潜在的带宽。并行传输机制针对高带宽需求的业务媒体流，将流量分布到多条路径中，并通过智能算法控制路由，实现了负载均衡，提高了端到端带宽性能。文中对上面的路由优化方法进行了实验验证，实验结果显示，以上方案能有效的改进IP通信系统的QoS性能。
　　 QoS问题是目前IP通信系统的关键问题。本文研究IP通信的QoS问题，提出一种P2P方式的应用层路由解决方案，对促进我国IP通信产业的发展，增强我国通信产业在技术和标准方面的竞争力有着重要意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 IP通信技术

1.1.1 IP通信技术的三个范畴

1.1.2 IP通信的安全问题

1.1.3 IP通信的QoS问题

1.1.4 小结

1.2 P2P技术

1.2.1 P2P技术的应用

1.2.2 P2P覆盖网络的组织模型

1.2.3 小结

1.3应用层路由技术

1.3.1 常见的应用层路由系统

1.3.2 SIP通信系统的应用层路由需求

1.3.3小结

1.4本文的研究动机与研究目标

1.5本文的贡献

1.6本文的组织结构

第2章 SIP+P2P通信系统结构研究

2.1 信令集中/媒体P2P的SIP+P2P系统结构

2.1.1 IP通信系统结构研究概述

2.1.2 IP通信的媒体QoS问题

2.1.3 SIP+P2P系统结构

2.1.4小结

2.2基于SIP+P2P的多路径传输机制

2.2.1候选中继结点收集

2.2.2多路径协商和建立过程

2.2.3 小结

2.3基于网络性能的路径评价模型

2.3.1 语音质量评价模型相关研究

2.3.2基于网络性能的语音质量评价模型

2.3.3基于网络性能的语音质量评价模型测试

2.3.4小结

2.4基于多路径传输的路由优化策略

2.4.1终端实现

2.4.2并行传输机制

2.5本章总结

第3章P2P Relay覆盖网络模型研究与设计

3.1 P2P覆盖网络模型的研究概述

3.2 SIP+P2P中P2P Relay网络的问题模型

3.3 基于网络拓扑的RSCON模型

3.3.1 Internet网络拓扑特性分析

3.3.2 RSCON模型的概要设计

3.3.3 RSCON模型的实现

3.4 面向复杂Internet拓扑的改进模型

3.4.1 Internet拓扑的复杂性

3.4.2面向复杂拓扑的RSCON模型

3.5仿真实验与分析

3.5.1仿真实验平台搭建

3.5.2仿真结果

3.5.3性能分析

3.6本章总结

第4章拓扑感知的Relay查找机制

4.1 Relay查找机制概述

4.2 RSCON的拓扑特性分析

4.3 拓扑感知的P2P Relay查找机制设计

4.3.1 基于网络拓扑的Relay查找问题分析

4.3.2拓扑感知的Relay查找机制

4.3.3小结

4.4面向复杂Internet拓扑的Relay查找机制

4.4.1 RSCON改进模型的拓扑分析

4.4.2 面向复杂拓扑的Relay查找机制

4.4.3小结

4.5仿真实验和结果分析

4.5.1命中率分析

4.5.2路径质量比较

4.6本章小结

第5章基于SIP+P2P系统的路由优化算法

5.1 基于SIP+P2P系统的多路径路由机制

5.2路径切换算法

5.2.1 相关研究

5.2.2路径的动态特性和解决方案

5.2.3应用驱动的路径切换算法

5.2.4实验和分析

5.2.5 小结

5.3多业务媒体流分离传输算法

5.3.1 占用带宽与路径质量的关系

5.3.2媒体流分离传输方案

5.3.3实验和分析

5.3.4 小结

5.4并行传输机制和智能路由控制

5.4.1 研究背景

5.4.2 问题描述

5.4.3并行传输的智能路由算法

5.4.4实验和分析

5.5本章小结

第6章总结与展望

6.1 研究背景

6.2研究总结

6.3进一步研究方向

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果