基于P2P的视频点播系统的设计与仿真

论文摘要

随着网络规模的不断扩大和上网用户的大量增加,视频点播服务已经成为当前网络应用的热点之一。但是传统的C/S模式的流媒体服务系统由于服务器性能和服务器端的带宽资源有限,使视频点播服务的应用受到局限。采用IP多播方案的流媒体服务又由于它的技术性问题和所带来的市场问题,使得并没有大范围的推广。研究者开始考虑利用Internet边缘用户的资源,在视频流媒体网络中采用P2P技术,实现视频数据的快速分发。P2P技术最显著的特点就是弱化了服务器的概念。P2P网络中的节点通常既是客户机,又是服务器,服务提供是分散的而非集中的,这样大大提高了网络中信息,带宽和其它资源的利用率;同时用户之间可以直接通信、共享资源和协同工作,其可扩展性和容错性能较好。P2P网络是在物理网络之上构建的一层覆盖网络(overlay),因此不需要改变现有的网络底层结构,可以根据需要灵活应用。本论文通过分析P2P技术在视频流媒体网络中的应用,设计并实现了一个基于P2P技术的视频点播网络模型PPVOD——以分片共享的方式进行视频流媒体数据分发的模型,并构建了一种以视频流媒体服务器以及追踪器tracker、超级节点SP和普通节点三层体系结构的高效但又简单易行的视频点播网络。在该网络中,每个节点和其它节点交换有效数据,或者获取需要的数据,或者给其它节点提供自己拥有的数据。该视频点播网络模型在服务器负载和用户播放体验之间做出了很好的平衡,它的主要特点有:(1)服务器负载低,使用超级节点来管理若干数量的节点,降低tracker的负载;(2)易于实现,根据不同的节目内容来分发视频流媒体数据,不需要维护复杂的数据结构;(3)扩展性好,加入视频流媒体网络中的用户越多,性能越好;(4)带宽利用率高,及时对每个节点的带宽变化情况进行控制,充分利用空闲带宽;(5)端对端延迟小,通过选择加入物理位置接近且延迟最小的群组来尽量降低节点之间的延迟;(6)用户体验好,节点实时维护节目分片的来源,使得用户可以随时获得需要的数据;(7)用户亲和度高,分片缓存使得每个节点只需要占用少量硬盘空间,有利于增加用户好感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 视频点播的概念
• 1.2 P2P 视频流媒体发展现状
• 1.3 P2P 技术
• 1.4 课题的背景
• 1.5 论文主要工作和章节安排
• 1.5.1 论文主要工作
• 1.5.2 论文章节安排
• 第二章 P2P 视频点播相关理论基础
• 2.1 VOD 流服务策略概述
• 2.1.1 VOD 流服务特点
• 2.1.2 传统的流服务策略
• 2.1.3 P2P 预保存节目点播与实时流节目直播的区别
• 2.2 P2P VOD 系统的实现
• 2.2.1 P2P VOD 系统功能组成
• 2.2.2 P2P VOD 系统的分类
• 2.2.3 P2P VOD 实现的难点
• 2.3 P2P VOD 内容分发策略
• 2.3.1 P2P VOD 内容分发策略模型描述
• 2.3.2 单源单路径策略
• 2.3.3 单源多路径策略
• 2.3.4 单源分代
• 2.3.5 多源多路径策略
• 2.4 本章小结
• 第三章 PPVOD 系统的设计要点
• 3.1 PPCDN 系统
• 3.2 PPVOD 设计要点
• 3.2.1 PPVOD 缓存策略
• 3.2.2 根据物理位置层次化
• 3.2.3 邻居节点的实时测量
• 3.3 本章小节
• 第四章 PPVOD 模型设计
• 4.1 PPVOD 的通信实例和网络拓扑
• 4.1.1 PPVOD 的通信实例
• 4.1.2 PPVOD 的网络拓扑
• 4.2 PPVOD 的服务器端
• 4.2.1 服务器端的系统架构
• 4.2.2 数据传输管理模块
• 4.2.3 控制信息管理模块
• 4.3 PPVOD 的tracker 端
• 4.3.1 tracker 的系统架构
• 4.3.2 资源信息管理模块
• 4.3.3 控制信息管理模块
• 4.3.4 节点请求信息管理模块
• 4.4 PPVOD 的超级节点端
• 4.4.1 超级节点的系统架构
• 4.4.2 数据传输管理模块
• 4.4.3 控制信息管理模块
• 4.4.4 数据查询管理模块
• 4.4.5 节点调度管理模块
• 4.4.6 SP 选举管理模块
• 4.4.7 节点请求信息管理模块
• 4.5 PPVOD 的客户端
• 4.5.1 客户端的系统架构
• 4.5.2 节点调度管理模块
• 4.5.3 控制信息管理模块
• 4.6 本章小结
• 第五章 PPVOD 系统性能分析和仿真
• 5.1 PPVOD 和 P2P-VOD 模型分析对比
• 5.2 PPVOD 系统仿真设计与实现
• 5.2.1 性能评估指标
• 5.2.2 仿真工具的选择与介绍
• 5.2.3 仿真网络拓扑的产生
• 5.2.4 网络拓扑的定义
• 5.2.5 模块行为实现
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 平均请求满足度
• 5.3.2 平均播放中断次数
• 5.3.3 平均数据请求缓冲时间
• 5.3.4 Tracker 平均控制负载
• 5.3.5 SP 平均控制负载
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和对未来的展望
• 6.1 总结
• 6.2 对未来的展望
• 致谢
• 参考文献