硕士论文-一种新型的基于P2P网络的混合组播树的流媒体直播模

复旦大学硕士学位论文一种新型的基于P2P网络的混合组播树的流媒体直播模型研究姓名：林庆申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：李松年20070516一种新型的基于P2P网络的混合组播树的流媒体直播模型研究作者：林庆学位授予单位：复旦大学相似文献(7条)1.学位论文熊伟基于P2P的可靠应用层组播树生成算法2008近年来，Internet上的流媒体应用得到了迅猛的发展，然而流媒体的质量并不能让人满意，主要原因在于Internet的原始设计主要是为了满足端对端系统的需求，传统的基于单播的传输方式很容易导致服务器端的性能瓶颈，并不能有效的支持流媒体的大规模数据分发。因此，研究人员提出了IP组播技术：在网络层提供把数据包发送到共享相同Ip地址的一个主机组的服务，然而IP组播技术有其自身固有的限制而难以部署，主要包括协议本身的复杂性、网络异构性、以及缺少支持组播的可靠的、具有扩展性的拥塞控制机制等。因此尽管IP组播技术已经存在了数十年，仍然没有大规模的商业应用。为了提高Internet上的流媒体的OoS，研究人员提出了基于P2P网络的媒体分发技术：应用层组播技术，即把组播的功能从网络层移到了应用层。应用层组播不需要对现有网络基础结构做任何修改，不需要路由器支持，在虚拟叠加网的基础上由参与组播的端系统完成包的复制、路由计算、转发等功能，从而能方便、灵活地在因特网上进行部署。本论文首先论述了流媒体发布技术，并就基于P2P的应用层组播进行了理论分析，就各类应用层组播协议特点和应用模式做了总结。由于应用层组播通过组播树将组播分组传送至每一个组成员，树中的节点失效后其下游的节点将不能接收到分组，使得系统变的脆弱。本文提出了一种基于P2P的可靠应用层组播树生成算法，仿真结果表明，算法对于提高应用层组播的可靠性有明显作用。2.学位论文李江涛对等网络性能测量与改善2006目前，作为互联网中最重要的网络应用，Peer-to-Peer(简称P2P)网络承载着超过60％的传输流量，P2P网络性能对于改善Internet网络服务质量具有十分重要的意义。随着P2P网络用户数量及新业务的不断增多，P2P网络运营商必须尽力为用户提供最好的服务，以适应激烈的市场竞争环境。在这样的背景下，P2P网络性能越来越成为人们关注的焦点。如何为分布式对等网络提供信息监控服务也成为P2P网络研究领域的重点问题。对等网络性能测量是收集对等网网络运行参数、分析网络运行性能的重要手段，也是高性能对等网络协议设计、网络规划与建设、高性能应用开发等的重要基础，而且为互联网的科学管理、有效控制、健康发展、合理利用与深入研究等提供科学依据。此外，得益于P2P网络技术的迅速发展，基于应用层组播的P2P流媒体业务正在成为未来网络最重要的宽带业务之一。如何利用底层网络拓扑信息测量技术，构建一个经济、高效的媒体组播通信网络对于因特网流媒体技术发展和完善具有积极意义。本文致力于P2P网络性能监测、性能评估、性能改善方面的研究，并着重探讨P2P网络性能监测子网的构建以及基于测量的P2P组播网络性能改善。论文的主要研究内容如下：P2P网络性能测度与评估：P2P网络定位于应用层重叠网络，基本功能包括重叠网络拓扑维护、资源搜索、应用层路由以及应用层传输。网络层次定位及功能的不同使得传统IP网络的性能测度无法满足P2P网络性能测量与评估的需求。论文分析了P2P网络特性及性能影响因素，在总结IP网络传输性能测度的基础上，通过考察P2P网络基础服务的性能，制定出一组反映P2P网络特性的测度集，用于指导P2P网络性能的测量与改善。在此基础上，论文就P2P网络性能测度在网络性能评估及业务性能评估中的应用进行了讨论。P2P网络监测系统模型研究：网络监控功能的缺乏已经成为P2P网络持续发展的瓶颈问题。论文在P2P网络监测系统需求分析的基础上，设计了一个以监测代理为核心的P2P网内监测系统模型。该模型合理利用边缘对等点及超级对等点的计算能力实现分布式测度采集以及统计运算，因而中央监测服务器的监测成本不随对等点数增长而成倍增长。之后，基于该模型并结合P2P网络环境特点，论文就P2P性能监测子网拓扑模型进行分析，并设计出一种监测汇聚代理节点自组织策略。该策略利用对等点度量机制选择性能良好的汇聚代理节点，使用父节点备份机制增强监测子网的拓扑稳定性，通过负载均衡机制协调汇聚代理节点的连接负载。仿真结果表明，该策略可以克服P2P网络节点的动态性加入与退出引发的拓扑断裂，为大规模异构P2P网络提供稳定的监测服务。基于JXTA平台的监测系统设计：为了验证网内监测系统的可行性，论文选择Sun微系统公司的JXTA平台作为承载网络，开发了一个网络监测系统——JNMS(JXTANetworkMonitoringSystem)系统。论文首先简单介绍了JXTA平台的基本概念及协议，之后利用上一章提出的P2P网络监测系统的功能模型及拓扑模型设计出JNMS监测系统的功能结构、部署环境、工作流程。最后结合JXTA协议特点重点研究了JNMS监测系统实现过程中的三个关键技术：JXTA网络测度采集、监测数据传输、监测策略配置。JNMS系统完全兼容JXTA网络协议，致力于构筑网内信息监测平台，实现JXTA网络监测数据的采集、传输、存储、整合及可视化操作。在嵌入了监测系统的JXTA平台上开发的P2P应用程序，可以自动加入JXTA监测子网，测量并上报系统参数。JNMS系统的设计与实现验证了基于通用P2P网络平台构建网内监测系统这一基本思路的可行性。基于测量的P2P流媒体组播研究：论文首先介绍应用层组播研究概况，之后针对对等网络环境下创建应用层组播树的主要问题进行了探讨。通过研究已有应用层组播协议，分析组播树拓扑创建、维护以及测量支持机制，论文设计了一种改进型应用层组播协议DE-ALM(DistanceEstimationApplicationLayerMulticast)。DE-ALM从域间流量隔离和控制开销减少两个方面入手改善P2P网络环境下流媒体组播树的性能。该协议采用分层结构的树状拓扑优先算法，利用通过主备份父节点间的心跳机制保障组播树的拓扑安全性，保障系统稳定性地同时最大限度地降低控制开销。通过引入路标服务器的网络测量技术，对于域间组播链路加以限制，并利用Hotz距离近似估算新加入节点到达各层节点的RTT时延，不再需要反复进行节点间RTT测量。性能分析及仿真表明，基于距离向量测量的DE-ALM协议在提高组播树的流量及时延性能的同时较好地降低了节点加入时延以及整体控制开销。3.学位论文文小明基于P2P技术的流媒体广播系统的研究与实现2008近年来，随着网络技术的发展，流媒体己成为目前因特网应用的最快增长点。流媒体的特点是数据量大、传输持续时间长，并且对延迟、抖动、丢包率、带宽等QoS指标要求非常严格。在当前的因特网上构建大规模的性价比高的流媒体系统是一个具有挑战性的工作。因特网上的传统流媒体系统是基于C/S模式的，服务器端的网络输出带宽极大的限制了系统的容量。而CDN网络以及IP组播技术皆因其昂贵的硬件成本以及技术上的实现难度难以普及应用。最近几年新兴的对等网络(P2P)技术，随着相关理论不断的完善和发展，在流媒体的分发技术中异军突起，受到广泛关注。本文首先介绍了流媒体和P2P网络的相关技术，并对几种不同的协议模型进行了对比和分析。其次，本文设计并实现了一种基于Gossip协议的P2P流媒体直播系统。该系统融合了P2P网络和传统C/S技术的优点，能够支持大量用户实时接收流媒体数据。其主要特性包括：1)借助C/S架构的中心化优势，节点通过集中式服务器管理，无需构造和维护复杂的应用层组播树，也不需要部署复杂的P2P组播通讯协议。2)采用混合式的Gossip算法，简单、高效地实现了节点之间的信息交互，使得覆盖网维持一个高吞吐的，负载平衡的，并且具有高容错能力的无结构化拓扑结构。3)缓存策略使用了两级缓存机制，有效的保障了播放的流畅性。最后，本文对所设计的流媒体广播系统进行了测试，并对测试数据进行了分析。结果显示，该系统在用户数线性增长下，服务器的带宽占用和CPU使用率都维持在一个相对较低的水平，充分显示了P2P技术的优势。4.学位论文金玉镯基于对等网络的流媒体网络架构的研究2007近年来，Internet上的流媒体应用得到了迅猛的发展，然而媒体的质量并不能让人满意，传统的基于单播的传输方式很容易导致服务器端的性能瓶颈，并不能有效的支持流媒体的大规模数据分发。而IP组播技术因其自身固有的限制而难以部署，为了提高Internet上的流媒体的QoS，研究人员将P2P网络技术引入到了流媒体中，产生了P2PStreaming技术。所谓P2PStreaming技术就是将P2P技术和应用层组播技术、编码技术等流媒体技术相融合应用到流媒体的分发中，从而提高流媒体的服务质量。本文首先介绍了P2P的三种网络：结构的P2P网络，无结构的P2P网络，以及结构与非结构相结合的P2P网络——IS_P2P网络，并对IS_P2P网络进行了深入研究，提出了索引对等体的选择算法和负载均衡策略；接着介绍了与流媒体相关的组播技术和编码技术，并对当前典型的P2PStreaming模型进行了分析；然后提出一个新的模型Live_Streaming，该模型主要适用于流媒体大规模的单源分发，它采用了P2P技术、应用层组播技术和编码技术，提出一种先进的应用层组播树的形成规则和维护规则。该组播树能够在高动态的网络中快速恢复，节点的失败对整个网络几乎不会产生影响。它采用了当前比较先进的流媒体编码机制——MDC编码，为了进一步提高流媒体的播放质量，根据该模型的应用领域特点对MDC编码技术进行了改进，提出了LiveMDC编码机制；最后将该理论模型应用到实践中，采用JXTA技术实现了一个基于Live_Streaming模型的网络电视台系统。5.学位论文刘世栋覆盖网络的服务质量保证技术研究2008针对在当前互联网络中如何提供有服务质量保证的业务这一问题目前主要有两种解决方案：网络通信和应用服务。网络通信的解决方案通过对网络基础设施的改造来满足业务的这种需求；而随着作为业务消费者的用户终端主机能力的增强，应用服务的观点提出了把各种新型服务放在应用层，即用户主机来实现的解决方案。与网络通信的解决方案相比，应用服务的观点具有部署方便、实现简单等优点，而且由于不需要对原有网络设备进行协议的修改，因此不会影响现有互联网络的性能。应用服务观点的代表就是覆盖网络(也称为覆盖层网络)。覆盖网络是构建在现有互联网络之上的虚拟网络，它可以在不对底层物理网络作改动的前提下，提供满足用户需求的业务类型，如：文件共享、分布式计算及应用层组播等等。由于与现有互联网络实现机制的不同，因此原有的网络层QoS保证技术并不适用于覆盖网络。针对覆盖网络的特定的QoS保证技术就成为相应领域一个非常重要的研究热点。本文主要是针对覆盖网络环境下的QoS保证技术进行研究。在这一问题背景下，本文着重从覆盖链路测量算法、覆盖组播(应用层组播)路由算法、应用层组播树的恢复机制及覆盖网络的复杂业务提供技术等几个角度开展了研究，主要研究内容和贡献概括如下：(1)利用神经元网络所具有的并行处理能力强、计算速度快等特点，提出了一种基于改进的Hopfield神经网络-双层递归神经网络的受限应用层组播路由算法。与启发式组播路由算法相比，改进算法的计算复杂度低，速度较快，而与其它的神经网络解决方案相比，本算法所用的神经元数量少，而在求解的精确度上则与其它算法相当。(2)针对覆盖网络中链路性能的可变性及不可知性，通过对覆盖链路所经过的路径进行随机分析，得到了一种覆盖链路可用带宽的近似估计式，并提出了一种可以同时对覆盖链路的容量及可用带宽进行估算的算法。在准确估算路径容量的同时，达到了用同一组样本实例同时估计覆盖链路的容量和可用带宽的目的。(3)针对P2P网络中节点的动态性提出了一种应用层组播树的主动式恢复方案，该方案在构建组播树的过程中就基于节点的连接度及时延限制为每个组成员计算其