基于网状覆盖层网络的P2P流媒体系统的研究与实现

摘要

随着通信技术的进步和信息化社会的发展，因特网已经进入千家万户，深入到社会的各个角落。人们对因特网的要求也越来越高，已经不满足于简单的文字、图片信息，而向往更加丰富多彩的多媒体信息。但多媒体数据的传输需要大量的带宽，宽带的普及和因特网的发展使得在因特网上传输多媒体信息成为可能。Youtube、优酷和PPLive的兴起标志着流媒体时代的到来。 基于客户端/服务器模型的流媒休系统存在着单点瓶颈、可扩展性差的问题，无法满足大规模流媒体应用的需求。为此，研究人员提出了基于CDN网络的流媒体系统和基于IP组播的流媒体系统。CDN网络在因特网的边缘放置多个代理服务器，内容提供商把视频数据分发到代理服务器上。当客户端向原始视频服务器发送请求时，原始视频服务器把客户端的请求重定向到离客户端最近的代理服务器。这种方式减少了骨干网上的流量，减小了服务器的响应延时，提高了服务质量，扩展了系统容量，但是CDN网络的费用非常高，中小内容提供商承担不起。IP组播是最高效的数据分发方式，它解决了服务器的单点瓶颈问题，由中间路由器分发数据。但是IP组播没有有效的组播地址分配方案，而且路由器需要维护所有组播组的状态，使得IP组播没有大规模部署。P2P技术的兴起给流媒体带来了新的解决方案——P2P流媒体。在P2P系统中，节点是对等的，每个节点既是服务器又足客户端，既享受别人提供的服务，又向别人提供服务。P2P的这种特性使得它天生具有可扩展性，系统容量随着节点数目的增加而增加。 本文深入分析了P2P流媒体系统的相关技术和典型P2P流媒体系统。在此基础之上，我们设计实现了一个针对异构网络环境的P2P流媒体系统——InfoTV。InfoTV有三个特点：第一，利用分层编码技术，适应节点接入带宽的异构性；第二，采用网状覆盖网络，能够适应节点的高度动态性：第三，采用混合式成员维护方式，提高了节点加入系统的速度。本文的第五章提出了一种新的覆盖网络——动态树-网状网混合覆盖网络。该混合覆盖网络具有数据包延时小，丢包率小，能适应节点高度动态性的优点。

目录

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2现有技术方案及其缺陷

§1.2.1单播方式

§1.2.2 CDN网络方式

§1.2.3 IP组播方式

§1.3 P2P流媒体系统的提出与挑战

§1.3.1 P2P流媒体系统的提出

§1.3.2 P2P流媒体系统面临的挑战

§1.4论文主要贡献和结构

第二章P2P流媒体相关技术

§2.1视频编码技术

§2.1.1不可伸缩编码

§2.1.2分层可伸缩编码

§2.1.3精细可伸缩编码

§2.1.4多描述编码

§2.1.5网络编码

§2.2网络测量

§2.3 P2P技术

§2.3.1基于目录服务器的P2P网络

§2.3.2非结构化P2P网络

§2.3.3结构化P2P网络

§2.4本章小结

第三章P2P流媒体系统的主要算法模型

§3.1 P2P流媒体的主要组成部分

§3.1.1组成员管理机制

§3.1.2覆盖网络的构建

§3.2典型P2P流媒体系统分析

§3.2.1树形覆盖网络

§3.2.2网状覆盖网络

§3.2.3树形-网状覆盖网络

§3.3本章小结

第四章InfoTV的设计与实现

§4.1系统概述

§4.1.1组成员管理

§4.1.2覆盖网络的构建

§4.2系统设计

§4.2.1黄页服务器

§4.2.2源节点

§4.2.3用户节点

§4.3主要模块设计

§4.3.1黄页服务器

§4.3.2 DHT自动组网模块

§4.3.3节点发现模块

§4.3.4网络测量模块

§4.3.5节点选择

§4.3.6数据调度模块

§4.3.7控制协议模块

§4.4本章小结

第五章应用层覆盖网络研究

§5.1现有应用层覆盖网络及其特点

§5.1.1树形覆盖网络

§5.1.2网状覆盖网络

§5.1.3树形-网状覆盖网络

§5.2覆盖网络的构建

§5.2.1节点性能的度量

§5.2.2动态树的构建

§5.2.3网状网的构建

§5.3动态树的优化

§5.4仿真及分析

§5.4.1仿真环境

§5.4.2丢包率

§5.4.3数据包延时

§5.4.4控制消息开销

§5.5本章小结

第六章结束语

§6.1本文总结

§6.2下一步工作

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参加的项目

致谢