互联网内容分发优化问题研究

论文摘要

随着Internet上多媒体应用的流行和网络用户的不断增加,网络内容提供商（Internet Content Provider,ICP）面对的是海量用户的海量内容服务需求。这使得以传统Clienl/Server架构形式构建的互联网内容服务系统面临的问题日益突出,即服务器端的服务能力和其接入网络的带宽已成为系统扩展性能和服务性能的瓶颈。形势的发展迫切需要新的技术来有效解决互联网内容服务系统的这些瓶颈问题。在此背景下,两种新型的互联网内容分发架构应运而生。一种是从客户角度出发,侧重于以众多客户端互相协作的方法来解决内容服务问题的对等网络（Peer-To-PeerNetworks,P2P）。对等网络最大的特点就是客户端之间是直接共享资源的,这也是提高系统可扩展性,解决网络带宽被吞噬的关键所在,其核心技术就是分布式资源对象的定位机制。另一种则是从网络内容提供商的角度出发,构建专用的商用内容分发网络（Content Delivery Networks,CDN）,来提高内容服务的质量。CDN可以将要分发的内容推送到网络的边缘,从而减少了核心网流量,并提高了用户的访问速度。目前关于互联网的内容分发的相关研究中还有很多挑战性的问题,许多算法设计还有很大的优化空间,尤其是最优化理论和技术尚未能被普遍利用。本文的工作围绕互联网内容分发的优化控制研究这一中心思想展开,涉及到:无结构分布式P2P网络中最优化的资源查询算法的设计,CDN网络中内容分发策略的可满足实时调度要求的、最优化的建模及模型求解,P2P网络与CDN网络的相联合进行优化等几个方面。本文取得的成果包括如下几个方面:（1）在分析无结构分布式P2P网络中已有的各种资源查询算法缺陷的基础上,提出一种新颖的选择性动态查询算法。该算法通过应用最优化原理,确定了最小的整数的传播跳数和其对应的泛洪邻居子集,使得算法性能在流量控制水平上能达到动态查询算法相似的最高控制水平,对应的响应时延还能接近于扩展环算法相似的最低时延。通过大量的在不同网络拓扑、内容分布等场景下的仿真证明,该算法在绝大部分情况下都是最优的资源查询协议。（2）针对CDN网络内容分发策略中存在的实时在线调度需求与传统数学模型却无法实时求解的矛盾,设计出了一个可行的内容分发策略建模框架。该框架综合采用系统级的组织规划,引入层次型模型建模,对数学模型进行结构优化等措施,极大的减小了问题的计算规模,满足实时调度的需求。应用此框架对一个实际CDN网络流媒体业务调度需求进行了建模和求解。（3）当前BitTorrent类P2P业务的实现均忽略底层网络的拓扑,导致在网络接入提供商（Internet Service Provider,ISP）的核心网和不同接入提供商间接口上会产生大量不必要流量。针对这个问题,本文考虑到P2P业务存在本地相关性,引入节点的地域信息和CDN网络对于P2P网络的协作能力,提出基于接入提供商的增强型邻居选择算法和基于CDN协作协议的邻居选择算法。实验结果显示,这两个算法都可以极大的减小接入提供商核心网流量和接入提供商间的流量。本论文所作的研究将对内容分发网络的进一步发展起到积极作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号对照表
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究内容及面临的挑战
• 1.3 课题来源
• 1.4 本文章节安排
• 2 互联网内容分发研究现状
• 2.1 P2P研究现状
• 2.2 CDN研究现状
• 2.3 本章小结
• 3 无结构分布式对等网络动态查询算法研究
• 3.1 背景和相关工作
• 3.2 受控洪泛算法分析
• 3.3 选择性动态查询算法
• 3.4 仿真与结果分析
• 3.5 算法实施和推广性探讨
• 3.6 本章小结
• 4 内容分发网络中内容分发策略动态调度模型研究
• 4.1 背景和相关工作
• 4.2 动态调度模型基本思想
• 4.3 系统级组织
• 4.4 层次型模型
• 4.5 数学模型优化求解
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 5 利用地理相关性提高P2P服务性能
• 5.1 背景和相关工作
• 5.2 利用地域邻近性改进P2P邻居选择算法
• 5.3 仿真及结果分析
• 5.4 算法可实施性探讨
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 对后续研究的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录2 已投稿论文