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内容分发网中基于对等网的流媒体分发技术研究

2020-11-28阅读(559)

内容分发网中基于对等网的流媒体分发技术研究

论文摘要

内容分发网络(CDN)自1998年从MIT实验室产生以来,已逐步成为互联网高速发展中最为重要的技术之一,内容分发网络通过将内容推向接近用户的网络边缘设备,提高了用户的访问体验,并减轻了骨干网络和源服务器的压力,在学术界和业界受到广泛关注,摩根斯坦利预测其市场规模将在未来10年内保持31%的年均增长率。本文在国家自然科学基金项目“应用层支持的视频组播系统中安全传输的理论研究(No.60473086)”、“基于对等网技术的安全、高性能流媒体系统的理论研究(No.60673184)”、和国家863高技术研究发展计划“基于P2P网络的安全流媒体直播系统(No.2007AA012400)”的资助下,充分融合现有P2P与CDN技术优势,构建对等网辅助的新一代内容分发网络,通过体系结构的创新设计来解决现有内容分发网络中不能同时保障流媒体直播服务的可扩展性和服务质量的问题,既有前沿的理论研究价值,又有很强的市场应用前景。网络应用需求一直是推动CDN研究和发展的主要动力。而当前CDN面临的最大挑战是,随着高清视频直播等网络多媒体新服务的大规模应用,如何对海量数据进行有服务质量保障的、成本可控的大规模分发,保障对网络资源消耗的有效性。P2P是对大规模用户进行数据分发方向的革新性理论和技术,并取得了许多突破性的成果。因此,以流媒体传输协议的基本特性为基础,并充分研究P2P技术的优势,有助于为解决CDN当前面临的问题提供新的思路,从原理上保证解决方法的可行性和有效性。本文首先详细介绍了流媒体的特性以及当前各种主流的流媒体传输协议。在此基础上,进一步对传统客户端朋艮务器环境以及当前流行的P2P网络环境的流媒体分发技术进行了深入的讨论和研究,确定了本文要解决问题的对象和将要引入的新技术的特点。在对主要研究对象CDN网络进行了大量仔细的基础调查和研究分析以后,本文以CDN架构变化为依据,将CDN技术发展的十年分为缓存辅助、光纤辅助及对等网辅助三个阶段,分别介绍了各阶段CDN技术研究的重点和成果。三阶段演进理论的提出为研究CDN的发展提供了新的视角,并为本文进一步提出新架构指出了方向。互联网是CDN所处的环境,互联网网络环境的性能决定着CDN是否能够高效的满足内容提供者和内容使用者对流媒体直播分发服务的要求。在对国内骨干网和接入网发展和现状进行调研、测试和分析后,本文确定了影响CDN中流媒体直播分发服务的关键参数。从而确认了所要解决的主要问题及部署实施P2P流媒体分发方案带来的困难所在。进而为高效可扩展内容分发网络理论研究和实现部署提供了第一手数据。本文的最主要贡献是在之前所有分析调研的基础上为流媒体直播服务提出了新的分层对等网辅助CDN架构。该架构在骨干网和接入网两个层次分别独立将P2P覆盖网引入并融合到CDN架构中,通过基于数据中心的上层覆盖网路由和本地化用户区域中P2P流媒体传输等关键技术,解决了当前CDN架构和P2P方式在流媒体直播服务中遇到的瓶颈问题。新的架构既提供了较高的可扩展性,同时保证了用户体验的服务质量,并在应用实践测试中证明了该框架的价值。在影响到P2P应用性能表现的各种技术中,本文还对到节点发现这一基本服务进行了改进。在研究了若干基本的节点发现机制,并对其优缺点进行比较后,本文提出了一个新的混合节点发现机制,既提高了节点发现的效率,同时保证了一定的鲁棒性,对包括对等网辅助的CDN架构等涉及到P2P的应用性能的提高均有很大的帮助。最后一部分为对全文主要研究成果的总结和概括,并综合分析了所提出的新架构中需要进一步研究的问题和新的探索方向。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景和意义
  • 1.2 流媒体及其相关协议
  • 1.3 流媒体分发技术
  • 1.4 本文的主要研究内容
  • 2 CDN架构演进及其关键技术研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 早期的研究
  • 2.3 三代CDN架构演进理论
  • 2.4 第一代:缓存辅助（CACHE-ASSISTED）CDN
  • 2.5 第二代:光纤辅助（FIBER-ASSISTED）CDN
  • 2.6 第三代:对等网辅助（PEER-ASSISTED）CDN
  • 2.7 CDN架构和技术的研究和发展趋势
  • 2.8 本章小结
  • 3 CDN网络测试和分析
  • 3.1 引言
  • 3.2 中国互联网发展现状
  • 3.3 CDN节点互联状况测试和分析
  • 3.4 用户接入网络调研和分析
  • 3.5 本章小结
  • 4 适于流媒体分发的对等网辅助CDN架构设计
  • 4.1 引言
  • 4.2 分层对等网辅助CDN架构
  • 4.3 架构中的关键技术
  • 4.4 仿真实验及结果分析
  • 4.5 系统实现
  • 4.6 部署测试和性能评估
  • 4.7 本章小结
  • 5 对等网中的混合节点发现技术
  • 5.1 引言
  • 5.2 节点发现技术现状
  • 5.3 混和节点发现机制
  • 5.4 系统实现
  • 5.5 仿真测试和性能比较
  • 5.6 本章小结
  • 6 总结与展望
  • 6.1 全文总结
  • 6.2 工作展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
  • 附录2 英文缩写对照表

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