应用层组播最小延迟树生成、维护及其节点转发策略研究

论文摘要

由于IP组播难于在因特网上部署,研究人员提出了应用层组播。应用层组播将组播相关功能实现于终端主机,在应用层实现组播服务。由于终端主机的处理能力和带宽有限,组播过程中复制转发工作消耗的时间比较长,导致应用层组播延迟较大;并且终端主机容易失效或者退出组播组,导致组播树分裂,影响下行节点接收数据。针对应用层组播延迟较大以及组播树分裂问题,论文以优化延迟为目标研究应用层组播树的生成、维护以及组播节点的转发策略。本文的主要研究内容和创新点如下:首先,分析应用层组播中影响延迟的因素,包括链路通信延迟、节点度和节点的转发能力。在应用层组播最小延迟树模型DCMD的基础上提出一种新的模型DNMD,改进DCMD模型未考虑节点转发能力差异的不足,并用遗传算法对模型进行求解。在MATLAB环境中编程实现算法,进行仿真试验,验证了算法的有效性和模型的合理性。其次,研究了应用层组播树维护问题,包括组播树的分裂恢复和新节点加入。借鉴ROT恢复算法的思想提出一种混合恢复策略,以优化延迟为目标恢复组播树,根据节点状态差异采取不同的恢复策略;针对新节点加入问题,以加入节点到根节点的延迟最小为目标寻找合适的加入位置。最后,提出了一种组播节点的数据转发策略,通过合理安排组播节点向其子节点转发数据的顺序优化组播树的延迟。推导证明了组播节点按照该策略转发数据,组播树的延迟最小。用一个实例说明策略的具体应用方法,并在MATLAB环境中进行仿真试验,验证了策略的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 IP层组播面临的问题
• 1.1.2 应用层组播的提出
• 1.1.3 应用层组播与IP单播、IP 组播对比
• 1.1.4 论文针对的问题
• 1.2 论文研究内容与结构安排
• 1.2.1 论文研究内容
• 1.2.2 论文结构安排
• 第二章 相关研究
• 2.1 应用层组播协议
• 2.1.1 应用层组播协议分类
• 2.1.2 几种典型的应用层组播方案
• 2.2 应用层组播树
• 2.2.1 覆盖网络的模型
• 2.2.2 组播树模型及其求解算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 应用层组播最小延迟树生成与维护
• 3.1 组播树生成问题分析
• 3.1.1 DCMD模型中存在的问题
• 3.1.2 对DCMD模型的改进
• 3.2 基于遗传算法的应用层组播最小延迟树生成
• 3.2.1 染色体编码方式
• 3.2.2 种群初始化操作
• 3.2.3 适应度值计算
• 3.2.4 遗传操作
• 3.2.5 遗传算法流程图
• 3.2.6 算法复杂度分析
• 3.2.7 算法仿真与结果分析
• 3.3 组播树维护
• 3.3.1 问题提出
• 3.3.2 恢复算法
• 3.3.3 组播树混合恢复策略
• 3.3.4 新节点加入
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于转发延迟的节点转发策略
• 4.1 问题分析
• 4.1.1 问题提出
• 4.1.2 改进的组播树转发延迟模型
• 4.2 节点转发策略
• 4.2.1 节点转发策略推导
• 4.2.2 转发策略对延迟和延迟链路的影响分析
• 4.3 应用实例与仿真分析
• 4.3.1 节点转发策略应用实例
• 4.3.2 节点转发策略仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文主要工作
• 5.2 创新点
• 5.3 进一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果