P2P视频点播系统中的ISPs辅助方法研究

摘要

近年来随着P2P技术的不断发展，P2P软件尤其是P2P视频点播用户数量不断增加，而计算机网络及硬件系统发展相对迟缓。技术发展的不平衡导致P2P应用和因特网服务供应商(ISPs)之间产生了很多问题：一方面，P2P应用尤其是P2P视频点播应用占用了大量因特网带宽，给ISPs带来了沉重的流量负载；另一方面，ISPs针对P2P传输负载的管理方法，也影响了P2P系统的设计和性能，使得P2P视频点播等应用需要做到面向ISP友好。研究表明：两者进行协作将有助于网络传输性能的改善。而ISPs辅助方法是当前ISPs和P2P应用协作的重要方法之一，该方法通过ISPs在P2P节点选择中的辅助作用，帮助P2P应用选择那些符合特定优化目标的节点，从而优化P2P应用及ISPs的系统性能。
　　 本文主要研究在大规模P2P视频点播系统中，基于ISPs和P2P应用协作，引入ISPs辅助方法，在保证视频应用需求的前提下，降低P2P流带给ISPs的传输负载，并缩短P2P应用的平均邻居节点距离。本文首先介绍了与P2P视频点播系统相关的技术背景知识，说明了在视频点播服务中引入P2P流媒体技术的必要性；然后分析了P2P和ISPs的传输行为的相互影响，说明P2P网络技术给ISPs带来的诸多问题，并且尝试通过P2P协议改进的方法使P2P应用面向ISP友好；之后探讨了当前ISPs和P2P应用协作的主要方法，提出了本文的主要技术路线，对ISPs辅助的节点选择算法进行了改进；最后在引入ISPs辅助方法的基础上进行P2P视频点播系统设计、用户行为建模和资源策略制定，并且完成了原型系统和实验分析。
　　 本文的主要创新有以下三点：首先提出了基于IP标识节点的节点选择优化方法，通过IP信息获取部分底层区域信息，在应用层进行路由区域逼近，由自身协议修改的途径使P2P网络面向ISPs友好；其次针对路由动态变化和链路性质差别对ISPs辅助方法的节点选择算法进行了改进，使得算法能够辅助P2P应用选择那些动态路由代价较小和链路代价较小的对等节点，由协作优化的途径改善ISPs的传输性能；第三是在针对产生大规模数据流的P2P视频点播应用，在服务器端身兼CPs和ISPs两职的系统设计中，引入ISPs辅助方法，使得P2P网络在承载主要数据传输任务的同时，获得服务器端的节点选择帮助，尽可能的减少跨区域P2P流。分别由单机、局域网模拟、原型系统实验得到的结果均表明，ISPs辅助方法可以有效降低包括P2P视频点播在内的应用带给ISPs的网络流量负载，并且提高P2P的节点服务质量。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2视频点播和流媒体技术

1.2.1视频点播系统

1.2.2流媒体技术

1.3 P2P网络技术

1.3.1结构化P2P网络

1.3.2非结构化P2P网络

1.4 P2P VOD系统

1.4.1 P2P VOD的资源共享模式

1.4.2 P2P VOD的关键技术

1.4.3 P2P VOD的现状与发展

1.4.4 P2P VOD用户行为简介

1.5研究内容和章节安排

1.6本章小结

第2章 P2P应用和ISPs的传输行为分析

2.1 P2P应用引起的路由失配问题

2.2 ISPs的传输工程

2.3 P2P网络系统的Overlay优化

2.4服务器的负载均衡方法

2.4.1负载均衡技术简介

2.4.2负载均衡技术的实现

2.5一种基于IP标识节点的P2P网络优化方法

2.5.1优化方法设计背景

2.5.2无ISPs参与的方法设计

2.5.3 ISPs参与的方法设计

2.5.4模拟实验和结果分析

2.6本章小结

第3章 P2P应用和ISPs协作研究

3.1 P4P技术

3.1.1 P4P的设计目标

3.1.2 P4P的系统框架

3.1.3 P4P的未来发展和缺陷

3.2 ISPs辅助方法

3.3 ISP-DDHA机制

3.3.1 ISPs辅助方法存在的问题描述

3.3.2 ISP-DDHA机制原理

3.3.3实验结果和分析

3.3.4结论

3.4本章小结

第4章基于ISPs辅助机制的P2P VOD系统设计

4.1早期的VOD系统建模

4.2引入ISPs辅助方法的P2P VOD系统设计

4.2.1需求分析

4.2.2服务器端设计

4.2.3整体系统结构设计

4.2.4系统文件存储和扩展性设计

4.3用户行为建模

4.3.1用户到达分布

4.3.2用户选择分布

4.3.3特定资源持续播放时间

4.3.4用户偏好转移分布

4.3.5用户VCR行为模拟

4.4系统策略设计

4.4.1文件存储策略

4.4.2负载调度策略

4.5本章小结

第5章 P2P VOD原型系统的实现和实验分析

5.1功能模块简介

5.1.1数据中心模块

5.1.2管理平台模块

5.1.3边缘服务器模块

5.1.4客户端模块

5.2终端软件结构和通信协议

5.3系统实验和结果分析

5.3.1整体测试

5.3.2系统ISPs辅助方法性能测试

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1本文总结

6.2未来工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果