面向异构网络的移动流媒体组播技术的研究

论文摘要

随着移动宽带、3G网络的发展,移动视频播放的需求也日益上涨。实时视频播放的应用场景逐渐从宽带网络普及到窄带网络,从PC节点普及到手机节点,实时流媒体应用中存在网络异构性和节点异构性。目前,大部分的手机流媒体服务器的架构,仍采用服务端对客户端直连传输策略,随着客户访问量的上涨,服务器的性能会成为整个系统的瓶颈。在PC端的应用中,一般使用P2P算法,利用客户端的剩余资源减轻服务器端的压力,然而移动终端的上传带宽相当有限,这使得传统的P2P算法难以应用。针对于网络异构性和节点异构性并存的场景,目前并没有一种统一的解决方案。进一步说,对于视频直播PC端和手机端接收的内容是一样的,使用不同的转发策略,会造成服务端数据链路层的压力增大,不利于应用的扩展。因此,本文在设计和实现了一个移动视频监控系统的基础上,提出一种面向异构网络的单源实时流媒体组播策略,在PC端,使用分层、分簇的方式组成一个稳定的P2P覆盖网络,从而充分利用物理服务器周边的计算资源,手机终端通过接入这个P2P覆盖网络,即可获得相应的视频直播服务。在网络异构性和节点异构性并存的条件下,该策略能有效地减轻服务器端的负载压力,并且手机终端也能享受到P2P传输带来的优越性。移动公司的实际应用表明本文所述的策略具有很高的性能优势和成本价值。与其他应用层组播算法相比,本文提出的算法具有以下的创新性:1)在手机流媒体架构中,引入了由PC节点组成的P2P覆盖网络,以覆盖网络的方式为手机节点提供服务,解决了手机流媒体服务器由于多用户并发带来的性能问题,实现对宽带和窄带应用的一体化规划和管理。2)将基于“分层”,“分簇”模型应用到异构网络条件下,利用PC节点的闲散资源为手机节点提供转发服务。3)在原有模型的基础上,引入了基于MSTFP模型的有效带宽估算和基于Hotz距离的拓扑感知两种算法,通过“分层”、“分簇”的演变过程,可以使PC节点更靠近组播树的上层,从而形成一个稳定的P2P覆盖网络。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.2 异构网络的定义
• 1.3 国内外研究动态
• 1.4 课题的研究内容
• 1.5 本文的安排
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1 应用层组播的分类
• 2.2 应用层组播的性能评估
• 2.2.1 应用层组播的性能缺陷
• 2.2.2 性能参数和评价方法
• 2.3 基于分层、分簇的组播模型
• 2.3.1 NICE 模型
• 2.3.2 Zigzag 模型
• 2.3.3 NICE 和 Zigzag 模型的缺陷
• 2.4 基于多组播树的网络模型
• 2.4.1 CoopNet 模型
• 2.4.2 SplitStream 模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 移动视频监控系统总体设计
• 3.1 设计目标
• 3.2 系统网络结构
• 3.3 系统软件架构
• 3.3.1 软件体系架构
• 3.3.2 软件组成结构
• 3.4 组播技术的应用
• 3.5 本章小节
• 第四章 面向异构网络的应用层组播策略
• 4.1 应用场景的拓扑结构
• 4.2 分层、分簇的组播树模型
• 4.2.1 节点术语定义
• 4.2.2 节点组织模型
• 4.3 组播树的控制规则
• 4.4 节点的加入和簇的分裂
• 4.4.1 节点的加入
• 4.4.2 簇的分裂
• 4.5 节点的失效恢复和簇的合并
• 4.5.1 节点的失效及恢复措施
• 4.5.2 簇的合并
• 4.6 簇的负载均衡策略
• 4.7 本章小结
• 第五章 组播策略的性能评估
• 5.1 控制策略的性能评估
• 5.1.1 节点度
• 5.1.2 路径长度
• 5.1.3 控制负载
• 5.2 节点加入的性能评估
• 5.2.1 节点的加入负载
• 5.2.2 簇的分裂负载
• 5.3 节点离开的性能评估
• 5.3.1 失效恢复负载
• 5.3.2 簇的合并负载
• 5.4 本章小结
• 第六章 实例验证与应用
• 6.1 组播树算法的实现
• 6.1.1 组播树算法的关键类图
• 6.1.2 组播树的模拟拓扑
• 6.2 系统集成测试
• 6.2.1 并发性测试
• 6.2.2 视频质量测试
• 6.3 组播树性能分析
• 6.3.1 节点加入和簇的分裂负载
• 6.3.2 节点失效和簇的合并负载
• 6.4 与NICE、Zigzag 算法的比较
• 6.4.1 平均端对端延时
• 6.4.2 平均链路压力
• 6.4.3 平均路径延伸度
• 6.5 组播策略的应用
• 6.6 本章小结
• 总结与展望
• 本文的工作总结
• 今后的研究方向
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢