基于网络编码的P2P流媒体性能优化研究

论文摘要

P2P流媒体通过利用互联网上普通主机结点上空闲的带宽、计算和存储等资源,使得结点从其它结点获取流媒体数据服务的同时,也为其它结点提供数据服务,从而可极大减少服务器上网络带宽资源的占用,避免局部网络的拥塞,具有良好的系统可扩展性和性价比。网络编码是一种全新的网络通信方式,它突破了传统通信方式中网络中间结点只能进行数据存储和转发的限制,允许网络中间结点对接收的多个数据块先进行编码再进行转发,目标结点通过解码得到源数据。大量的理论结果表明,网络编码在提高整个网络的有效吞吐量,减少网络动态性对应用系统的影响等方面有较大的优势。鉴于网络编码所具备的潜在优势,国内外学者开始把网络编码引入到P2P流媒体进行研究,并取得了积极的研究成果。但总的来讲基于网络编码的P2P流媒体的研究还处于初始阶段,面临诸多挑战,包括:网络编码的引入对系统的相关性能指标究竟可产生多大的影响、如何对应用层网络拓扑进行构建才最有利于网络编码优势的发挥、如何结合网络编码数据的“混杂”特性进行数据调度优化、如何综合考虑拓扑构建和数据调度来优化这种P2P流媒体系统的整体性能等。本文围绕上述几个挑战选择了几个关键环节进行了研究。(1)基于网络编码的P2P流媒体拓扑优化在拓扑构建方面,现有以网络编码为基础的P2P流媒体方案还是采用传统P2P流媒体中基于邻居结点随机选择的方式,本文通过构造的多种实例表明,这种方式并没有充分考虑网络编码的特性,从而导致结点容易收到一定量的线性相关数据块,而线性相关数据块不能用来恢复原始数据块,从而浪费网络带宽。本文研究了线性相关问题产生的原因,分析了线性相关问题和拓扑形状之间的内在关系,提出了一组可有效阻止线性相关问题的拓扑构造规则。(2)基于网络编码的P2P流媒体数据调度优化在数据调度方面,当前基于网络编码的P2P流媒体普遍采用纯pull或纯push的数据调度策略,其中pull策略会产生较大的数据调度延迟和控制开销,push策略会导致结点收到一定量的冗余数据块。为克服纯pull和push策略的数据调度方案的不足,本文以push数据调度策略为基础,系统分析了冗余数据块产生的原因,提出一种基于网络编码的P2P流媒体直播方案customR2,它采用推拉结合的数据调度策略,在有效减少冗余数据块的同时,可有效提高结点的播放质量。仿真实验也充分表明了该方案的有效性。本文在网络编码理论的相关研究成果基础上,对基于网络编码的P2P流媒体进行了性能优化研究,为基于网络编码的P2P流媒体系统的大规模部署应用奠定了良好的理论和技术基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 相关研究现状
• 1.2.1 P2P 流媒体研究现状
• 1.2.2 基于网络编码的P2P 流媒体研究现状
• 1.2.3 基于网络编码的P2P 流媒体研究趋势分析
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 基于网络编码的P2P 流媒体技术基础
• 2.1 网络编码
• 2.1.1 网络编码基本原理
• 2.1.2 网络编码构造方法
• 2.1.3 实用编码设计——随机网络编码
• 2.2 基于pull 策略的P2P 网络编码流媒体基本原理
• 2.2.1 pull 策略总体思想
• 2.2.2 数据缓存
• 2.2.3 数据调度
• 2.2.4 pull 策略的不足
• 2.3 基于push 策略的P2P 网络编码流媒体基本原理
• 2.3.1 push 策略总体思想
• 2.3.2 随机push 数据调度
• 2.3.3 流传输协议
• 2.3.4 push 策略的不足
• 2.4 小结
• 第三章 基于网络编码的P2P 流媒体拓扑优化
• 3.1 前言
• 3.2 背景知识
• 3.3 线性相关问题的产生及原因分析
• 3.4 拓扑结构对线性相关问题的影响分析
• 3.4.1 拓扑随机性和疏密性对线性相关问题的影响
• 3.4.2 拓扑规模对线性相关问题的影响
• 3.4.3 编码密度、播放延迟和流速率对线性相关问题的影响
• 3.5 拓扑优化指导原则
• 3.6 小结
• 第四章 custom R2：一种基于网络编码的P2P 流媒体直播方案
• 4.1 前言
• 4.2 背景知识
• 4.3 冗余数据块的产生及原因分析
• 4.4 customR2 设计
• 4.4.1 推拉结合策略
• 4.4.2 组播协议及邻居结点管理
• 4.5 仿真实验与结果分析
• 4.6 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文主要工作
• 5.2 进一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果