P2P实时流媒体服务器的设计与实现

论文摘要

P2P流媒体技术是近年流行的网络多媒体传播技术。流媒体以其边播放边下载的特点,大大减小了等待时延,同时也降低了对系统缓存的需求量。随着Internet的普及和web访问的日益频繁,出现了视频点播VOD(Video On Demand)和实时流媒体传输服务。但这两种服务很多仍然以传统的客户端/服务器(C/S)体系结构为基础,这种体系结构下,所有用户的流媒体服务完全只由服务器提供,但随着用户的逐步增加,服务器的负载和压力也将急剧增加。在解决实时流媒体传输的问题上,许多研究者提出了IP组播技术,这个技术利用“一路发送,多路共享”的思想来减少数据包在网络中(IP层)的传输,从而减少网络带宽的耗用。但因为是基于IP层的组播,所以该技术必须要得到底层路由器的支持。可是基于简单原则和分层体系结构的要求,现实中很多路由器仍然不支持IP组播,因为这会增加路由器用于保存分组信息导致的额外性能开销,从而影响报文转发这个主流业务。为了解决该问题,出现了基于P2P技术的实时流媒体。它利用P2P系统的高容量、易扩展、廉价以及自组织等特点再与流媒体技术有机结合,从而得到了广泛应用,比如当前主流的QQLive,PPLive,UUSEE等。通过这种技术,可以大大缓解中心服务器的压力,并具有良好的服务和扩展能力。但是和普通的P2P应用不同,在流媒体技术中,实时性占据着很重要的地位,所以P2P流媒体技术需要更好地分割、快速重传丢失的资源来满足实时性的要求。本文描述的P2P实时流媒体系统由P2P实时流媒体服务器、TCP代理和P2P客户端构成。本文主要对P2P实时流媒体服务器的设计、实现和系统测试做较为全面的阐述。该服务器既是数据源又是资源索引服务器,它着重从资源管理的角度实现了流媒体数据的保存、分配和发送,并借鉴流媒体技术中的应用层组播模型以及NAT穿透模型来提供P2P的传输支持。同时,作为原始数据源,该服务器在多通道服务以及C/S和P2P混合传输的问题上也进行了有益的探索。该系统能够应用于许多场合,例如IPTV,视频会议,以及现场直播等实时性要求高的地方。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 流媒体传输当前的解决方案
• 1.2.1 IP组播
• 1.2.2 应用层组播
• 1.2.3 内容分发网络（CDN）
• 1.2.4 Peer-to-Peer（P2P）方式
• 1.3 P2P实时流媒体服务器开发的目的和指标
• 1.4 P2P实时流媒体服务器的特色
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 P2P流媒体及NAT穿越技术
• 2.1 本章概述
• 2.2 P2P技术简介
• 2.2.1 P2P概述
• 2.2.2 P2P的拓扑结构及分类
• 2.2.3 主流的P2P软件
• 2.3 流媒体简介
• 2.3.1 顺序流媒体
• 2.3.2 实时流媒体
• 2.3.3 实时传输协议RTP
• 2.3.4 实时传输控制协议RTCP
• 2.3.5 实时流协议RTSP
• 2.3.6 实时流媒体的特点
• 2.3.7 流媒体的传输
• 2.4 主流P2P流媒体模型
• 2.4.1 ZIGZAG模型
• 2.4.2 DONet模型
• 2.4.3 PeerCast模型
• 2.5 NAT简介
• 2.6 NAT的功能
• 2.7 NAT的分类
• 2.7.1 静态NAT
• 2.7.2 NAT池
• 2.7.3 NAPT网络地址端口转换
• 2.8 P2P流媒体系统中的NAT应用
• 2.9 P2P实时流媒体系统
• 2.9.1 P2P实时流媒体服务器
• 2.9.2 TCP代理
• 2.9.3 P2P客户端
• 2.9.4 P2P实时流媒体系统各个部分的网络通信关系
• 2.9.5 P2P实时流媒体系统的特点
• 2.9.6 系统术语解释
• 2.10 本章小节
• 第三章 P2P实时流媒体服务器的设计
• 3.1 本章概述
• 3.2 P2P实时流媒体服务器的系统设计
• 3.2.1 界面管理子系统
• 3.2.2 资源管理子系统
• 3.2.3 网络传输子系统
• 3.2.4 数据表管理子系统
• 3.2.5 策略管理子系统
• 3.2.6 NAT穿透管理子系统
• 3.2.7 中央控制器子系统
• 3.3 P2P实时流媒体系统的服务流程
• 3.3.1 开启TCP代理
• 3.3.2 开启P2P实时流媒体服务器
• 3.3.3 开启P2P客户端程序
• 3.3.4 客户端请求并接收P2P实时流媒体服务
• 3.3.5 退出系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 P2P实时流媒体服务器的实现
• 4.1 本章概述
• 4.2 中央控制器
• 4.3 日志管理子系统
• 4.4 网络传输子系统
• 4.5 NAT穿透子系统
• 4.5.1 和TCP代理的UDP穿透
• 4.5.2 和客户端节点的UDP穿透
• 4.6 资源管理子系统
• 4.7 数据表管理子系统
• 4.8 策略管理子系统
• 4.9 系统测试
• 4.9.1 NAT穿透测试
• 4.9.2 数据源多通道测试
• 4.9.3 数据源压缩测试
• 4.9.4 网络传输测试
• 4.9.5 实时性测试
• 4.9.6 测试小结
• 4.10 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 论文的主要工作
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果