基于P2P资源传输的流媒体系统的研究与实现

论文摘要

随着Internet的发展,用户对网络的期望和要求也逐渐提高,不再满足于单一的静态媒体,因此将声音、文字、图像、视频等多媒体有机结合形成的媒体演示是Internet的发展重点所在。近年来,Internet上的流媒体应用得到了迅猛的发展,然而流媒体大规模数据分发的特点,很容易导致传统的基于C/S方式服务器端的性能瓶颈和网络资源的浪费。在这种情况下,提出的如内容发布网络（Content Delivery Network,CDN）以及IP组播技术等解决方案,都因为其昂贵的硬件成本以及其自身固有的限制而难以部署和普及应用。当P2P（Peer-to-Peer）技术被应用到Internet上,P2P模式被认为是解决服务器链路瓶颈问题的理想模式。于是基于P2P模式的流媒体服务的研究逐步引起众多研究者的关注,将数据分发的中心从流媒体中心服务器分散到用户网络上,大大推动了网络视频的发展。在分析了P2P网络的特点后,针对流媒体的基本应用点播和直播服务,本课题设计并实现了一个基于P2P资源传输与分布的流媒体应用系统,提出了基于P2P技术的流媒体应用层组播和点播的解决方案,构建了一种包含超级节点（Superpeer）和普通节点（Peer）两层体系结构的高效但又简单易行的视频流媒体系统。本系统融合了P2P技术和C/S技术的优点,基于多线程任务会话机制的系统基础构架和对传统流媒体文件格式的重新流化,实现了一个分层可扩展的P2P应用层组播和点播的流媒体系统。本文阐述了系统的总体结构,介绍了其功能模块的设计,并以各模块为基础着重对其中的关键技术,包括:资源管理机制、缓冲管理机制、资源分布管理机制、资源传输机制等等,做了详细分析与说明。本流媒体应用系统有效缓解了流媒体应用对流媒体服务器性能和主干网的压力,提供了基于流媒体应用的多点数据快速互传的解决方案。目前本系统正在校园网环境进行大规模的测试,其结果基本符合设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 应用研究现状
• 1.3 本文目的以及组织结构
• 第二章 流媒体及流媒体传输调度技术
• 2.1 流媒体概述
• 2.1.1 网络媒体传输类型
• 2.1.2 流媒体简介
• 2.1.3 现有的流媒体文件格式
• 2.1.4 流媒体实现原理
• 2.1.5 流媒体技术的主要研究方向
• 2.2 传统流媒体传输调度流量控制技术
• 2.2.1 广播和组播技术
• 2.2.2 广播式点播技术
• 2.2.3 分组技术
• 2.2.4 融合技术
• 2.2.5 分组融合技术
• 2.3 内容传送技术
• 2.3.1 镜像服务器技术
• 2.3.2 边缘服务器技术
• 2.3.3 CDN技术
• 2.4 P2P网络环境下流媒体的传输调度
• 2.4.1 P2P应用层组播树协议
• 2.4.2 非树型P2P流媒体
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于P2P模式的流媒体概述
• 3.1 P2P网络概述
• 3.1.1 按照集中程度来分类讨论
• 3.1.2 按照P2P网络是否结构化来划分
• 3.2 基于P2P模式的流媒体服务系统的研究
• 3.2.1 基于P2P模式流媒体系统的特点
• 3.2.2 构架基于P2P模式流媒体系统的关键
• 3.3 基于数字有机体系统的P2P流媒体系统
• 3.3.1 数字有机体系统简介
• 3.3.2 在数字有机体系统平台上的P2P流媒体系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 P2P流媒体系统的系统架构设计
• 4.1 P2P流媒体系统的概述
• 4.2 P2P流媒体系统的总体结构设计
• 4.3 P2P流媒体系统的系统类管理实现的技术
• 4.3.1 P2P流媒体系统的线程池和任务会话机制
• 4.3.2 P2P流媒体系统的资源流化技术
• 4.4 本章小结
• 第五章 P2P资源传输与分布的设计与实现
• 5.1 资源管理模块
• 5.2 缓冲管理模块
• 5.2.1 组播资源的缓冲管理
• 5.2.2 点播缓冲管理
• 5.3 数据传输模块
• 5.4 资源分布管理模块
• 5.5 节点调度认证模块
• 5.6 通信模块
• 5.7 P2P资源传输机制的实现
• 5.7.1 节点加入组播或点播资源
• 5.7.2 伙伴节点优化
• 5.7.3 资源的存储策略
• 5.7.4 节点间资源的传输
• 5.7.5 节点的退出
• 5.8 点播应用中资源分布管理机制的实现
• 5.8.1 资源分布管理机制的主要原理
• 5.8.1.1 磁盘文件缓冲的定时检查
• 5.8.1.2 资源分布管理模块提供的对外接口
• 5.8.2 资源分布管理机制的主要数据结构
• 5.8.3 资源的热度记录算法
• 5.8.4 资源的淘汰机制
• 5.9 本章小结
• 第六章 P2P流媒体系统的文件缓冲机制
• 6.1 文件缓冲机制在流媒体应用的概述
• 6.2 文件缓冲机制在P2P流媒体系统中的重要性
• 6.3 读取点播资源文件缓冲机制的原理
• 6.3.1 主要数据结构
• 6.3.2 缓冲块淘汰算法
• 6.3.3 内存缓冲块填充处理
• 6.4 写资源的磁盘文件缓冲操作中的缓冲机制
• 6.5 本章小结
• 第七章 系统性能测试
• 7.1 测试原则
• 7.1.1 错误严重程度定义
• 7.1.2 测试通过准则
• 7.2 系统测试
• 7.2.1 测试环境
• 7.2.2 测试网络环境
• 7.2.3 测试指标及测试结果
• 7.2.3.1 正常操作功能项测试
• 7.2.3.2 非功能性测试
• 7.3 测试总结
• 第八章 结束语
• 8.1 论文的主要工作总结
• 8.2 论文后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果