基于CDN技术的流媒体直播系统研究与实现

论文摘要

流媒体是Internet宽带多媒体技术和业务的一个组成部分,它的特点是传输信息量大、传输所需时间较长,此外对延迟、抖动、丢包率等Qos指标要求非常高,在当前的因特网上构建较大规模的流媒体直播系统是一个具有挑战性的工作。本文研究了内容分发网络CDN （Content Delivery Network）技术和对等网络（Peer-to-Peer NetWork）技术,在此基础上,设计了一种结合CDN技术的网络流媒体直播系统PCast（Peer Cast）。（1）制定了流媒体数据的切片（Slice）规则,设计了以CDN边缘服务器ES（Edge Server）为中心的网络拓扑模型,该模型采用了多播树的拓扑结构,每个子树只转发一条子流,这种设计的优点是当本节点的某一个父节点失效时,只有一条子流受到影响,大大增强了网络的稳定性和健壮性。（2）对终端传输子系统的缓存模块的缓存结构、供流算法、数据切片的接收与组合等进行了详细设计。（3）本文还给出了以丢包率和时延为检测标准的Qos检测算法和拓扑恢复算法,提高系统的健壮性。（4）本文还对PCast系统进行了优化,提高了网络的自治性。制定了完整的应用层协议,保障了节点与服务器、节点与节点间的正常通信。本文的创新点：首先完备了检查机制和切片冗余恢复机制保证了缓冲区向播放器供流的完整性,以切片时间戳为定时周期的供流算法则保证了在频道节目码率不断变化的情况下,缓冲区内始终有流媒体数据。其次采用了PUSH和PULL两种数据转发策略,尤其是PUSH策略的采用,使父节点将本地最新的数据主动发送给下级节点,大大减小了上级节点与下级节点之间的观看时延；制定了节点间连接失效的优化策略,保障了数据传输的稳定性。试验表明,PCast系统运行良好,可流畅地播放码率为1024kbps的节目,画质达到DVD标准。上下级节点时延不超过1s,有效减小了时延。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景和课题来源
• 1.2.1 选题背景
• 1.2.2 课题来源
• 1.3 国内外的研究概述
• 1.4 本文的工作
• 1.5 论文结构
• 2 流媒体直播相关技术研究综述
• 2.1. CDN技术研究综述
• 2.1.1 CDN的网络结构及特点
• 2.1.2 应用于PCast系统的CDN架构
• 2.2 对等网络技术研究综述
• 2.2.1 对等网络的拓扑结构和Peer节点的角色划分
• 2.2.2 Peer的定位方式
• 2.2.3 对等网络中Peer节点的动态变化的处理
• 2.2.4 应用于PCast系统的网络拓扑结构
• 2.3 流媒体技术研究综述
• 2.3.1 流式传输中的缓存
• 2.3.2 支持流式传输的网络协议
• 2.3.3 数字视频压缩编码技术
• 2.3.4 流媒体的传输方式
• 2.3.5 基于切片策略流媒体传输的可行性分析
• 2.3.6 切片冗余恢复
• 3 PCast终端传输子系统模型设计
• 3.1 终端传输子系统实现框架
• 3.2 终端传输子系统实现机制
• 3.2.1 Windows消息驱动机制
• 3.2.2 消息驱动机制在终端传输子系统中的应用
• 3.3 终端传输子系统状态迁移图
• 3.4 协议设计与实现
• 3.4.1 协议基本数据类型定义
• 3.4.2 协议数据单元定义
• 4 PCast终端传输子系统关键技术与设计优化
• 4.1 PCast终端传输子系统的关键技术
• 4.1.1 流媒体数据切片策略与切片在网络中的传输
• 4.1.2 客户端缓冲区设计
• 4.1.3 Qos异常检测与恢复方案
• 4.2 PCast系统的优化策略
• 4.2.1 节点管理的优化策略
• 4.2.2 节点间连接失效的优化策略
• 5 PCast系统实验结果分析
• 5.1 实验环境
• 5.2 实验结果
• 6 总结与将来的工作
• 6.1 总结
• 6.2 下一步的工作
• 参考文献