覆盖网络多播路由协议及算法的研究

论文摘要

随着计算机网络的不断发展,互联网已经成为了人类社会主流一个重要组成部分。人们希望互联网能够不断地提供应用所需的各种网络服务。特别是,以视频会议、视频点播、远程教育等为代表的新型多媒体多播应用的大量涌现,对多播通信服务提出了迫切的需求。基于覆盖网络思想的覆盖多播技术是由端系统而不是核心路由器实现多播通信的所有功能,与IP多播相比,其最大的优势在于无需改变下层网络基础设施,易于部署,这体现了下一代网络服务的研究重点正在从网络层向应用层跃迁的趋势。如何提供满足应用需求的覆盖多播路由是其研究的核心内容。本论文主要针对覆盖多播的路由协议及算法等相关问题展开研究,其中,多媒体应用的QoS需求以及网络环境的异构性是本文关注的重点。我们首先提出了通用的覆盖多播网络模型,对覆盖多播中的路由优化问题进行了系统分类,并对当前主要的覆盖多播路由的协议和算法进行了全面的比较和分析,为本论文建立系统理论框架和指明研究方向。在此基础上,我们分别从覆盖多播的集中式路由算法、分布式路由协议和原型系统等几方面开展了研究工作。在集中式算法方面,提出了一种新的基于度约束-延时综合和应用层拓扑优化双重策略的最小延时覆盖多播树生成算法—度-延时紧凑树算法（DDCT）,改进了多播树的性能;针对实时多媒体应用对带宽需求的异构性,采用分层的带宽分配策略,提出了一个异构环境下构造最小延时覆盖多播树的启发式算法—分层的紧凑树算法（LCT）。该算法能有效地降低多播树的高度和网络资源使用量。在分布式协议方面,提出了一个新的分布式、树优先的覆盖多播路由协议—BowCast。该协议采用简单、灵活的单向延时探测技术,能很好地适应非对称链路延时环境;面向实时多媒体多播应用,提出了一个支持异构QoS需求的分布式、树优先的覆盖多播路由协议—QoS覆盖多播树协议（QOMTP）,并研究了其局部优化算法。该协议能获得较高的节点接纳率,并保持较小的平均接入代价。在原型系统方面,研究并实现了一个新的基于代理服务器的覆盖多播系统—服务可定制的覆盖多播系统（SCOMS）。该系统采用了新的体系结构框架,将结构化P2P路由和树优先的覆盖多播路由构造方法相结合,具有良好的可扩展性、高效的QoS覆盖多播路由和灵活的服务定制能力。本论文的研究成果可为覆盖多播路由协议和算法的研究提供新的理论方法和思路,也可以应用于实际的覆盖多播系统中,具有较高的理论价值和较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 论文插图索引
• 论文表格索引
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 覆盖网络技术的兴起
• 1.1.2 多播通信
• 1.1.3 IP 多播
• 1.1.4 覆盖多播
• 1.2 论文研究目标及内容
• 1.3 论文的组织结构
• 1.4 论文的主要贡献
• 第二章 覆盖多播路由协议和算法的研究综述
• 2.1 引言
• 2.2 网络模型及路由问题
• 2.3 路由协议和算法
• 2.3.1 集中式
• 2.3.2 分布式
• 2.3.3 层次式
• 2.3.4 其他协议
• 2.4 比较与分析
• 2.5 小节
• 第三章 一种新的启发式覆盖多播路由算法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 网络模型和问题描述
• 3.3 优化策略及路由算法
• 3.3.1 度约束-延时的综合
• 3.3.2 应用层拓扑优化
• 3.3.3 DDCT 算法
• 3.4 仿真实验及性能评价
• 3.4.1 性能评价指标及仿真环境的建立
• 3.4.2 仿真结果及分析
• 3.5 相关工作
• 3.6 小结
• 第四章 异构环境下覆盖多播网络路由算法的研究
• 4.1 引言
• 4.2 网络模型及问题描述
• 4.3 问题解决及算法分析
• 4.3.1 分层的带宽分配策略
• 4.3.2 层内路由算法
• 4.3.3 LCT 算法
• 4.4 仿真实验及结果分析
• 4.4.1 树的高度
• 4.4.2 树的半径
• 4.4.3 树的代价
• 4.5 相关工作
• 4.6 小节
• 第五章 一种适应非对称链路延时网络的覆盖多播路由协议
• 5.1 引言
• 5.2 网络模型及问题描述
• 5.3 BowCast 协议的基础
• 5.3.1 BowCast 设计原则
• 5.3.2 BOW 探测技术
• 5.4 BowCast 协议细节
• 5.4.1 节点加入
• 5.4.2 动态性能优化
• 5.4.3 节点离开和失效
• 5.5 正确性和复杂性分析
• 5.6 性能评价及仿真
• 5.6.1 仿真环境的建立及性能评价指标
• 5.6.2 初始加入的性能
• 5.6.3 动态优化性能及BOW 探测范围参数的影响
• 5.7 相关工作比较
• 5.8 小结
• 第六章 一种新的QoS 覆盖多播路由协议的研究
• 6.1 引言
• 6.2 网络模型及问题描述
• 6.3 QOMTP 协议
• 6.3.1 节点加入
• o 的选择策略'>6.3.2 p_o的选择策略
• 6.3.3 节点状态维护
• 6.3.4 节点离开和失效
• 6.4 正确性和复杂性分析
• 6.5 端系统动态性分析
• 6.6 性能评价和仿真实验
• 6.6.1 实验环境的建立和性能评价指标
• 6.6.2 度约束情况
• 6.6.3 异构带宽情况
• 6.7 相关工作比较
• 6.8 小节
• 第七章 可服务定制的覆盖多播系统的研究与实现
• 7.1 引言
• 7.2 SCOMS 体系结构
• 7.2.1 SCOMS 体系结构及其组成
• 7.2.2 与INSA 的比较
• 7.3 SCOMS 的协议
• 7.3.1 服务器管理
• 7.3.2 客户端管理
• 7.3.3 多播组管理
• 7.3.4 多播树管理
• 7.3.5 数据分发和格式转换
• 7.4 SCOMS 的实现
• 7.4.1 总体实现框架
• 7.4.2 通信服务的实现
• 7.4.3 客户管理的实现
• 7.4.4 覆盖多播路由协议的实现
• 7.4.5 XML 服务定制的实现
• 7.4.6 媒体流数据传输和格式转换的实现
• 7.5 系统测试与评价
• 7.5.1 功能测试
• 7.5.2 性能测试
• 7.6 相关工作
• 7.7 小结
• 第八章 结束语
• 8.1 论文工作总结
• 8.2 进一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
• 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目