基于NAT-PT的流媒体调度公平性研究

论文摘要

目前,以“传输流式多媒体节目”为特征的流媒体技术,对下一代网络协议IPv6的依赖度越来越高。网络与网络应用从IPv4向IPv6过渡阶段的流媒体技术的一个根本特征就是能向IPv4及IPv6节点的用户公平地提供服务,为此需要提出一种调度机制来实现流媒体节目调度的公平性。实现流媒体播放系统调度IPv4、IPv6这两类流媒体节目的公平性,可以使该系统针对IPv4、IPv6流媒体节目的调度效率最大化,也有利于系统在IPv4-IPv6过渡阶段实现平稳运行和过渡。但是,过渡阶段的流媒体调度机制与当前IPv4网络环境中的区别较大,而且移动流媒体调度与Internet中的流媒体调度的实现机制也存在差异。因此,本文着重从流媒体节目播放网络系统中的IPv4/IPv6网络间的转换网关、Internet中的流媒体节目调度算法以及移动流媒体节目调度算法等几个方面入手,通过对目前的流媒体技术进行了分析比较,讨论了IPv4向IPv6网络过渡阶段实现流媒体节目调度公平性的关键问题,以目前居于主流地位的NAT-PT过渡技术为实施基础,对流媒体节目调度过程进行了建模,提出了针对过渡阶段的流媒体节目调度算法——MFPQT,并对算法的调度公平性和调度效率进行了分析和验证。最后,本文还进一步对IPv4-IPv6过渡阶段的移动流媒体节目调度中的不公平现象进行研究,并结合WFS算法的思想提出了WFSB-MFPQT算法,并加以验证。本论文的主要工作从属于“下一代互联网中日IPv6合作项目（IPv6-CJ）【2003】1607”的子项目“IPv4应用到IPv6应用的过渡技术（第15子项）”,同时还得到联想研究院上海分院的“Himalayas”项目的支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 IPv6 与NAT-PT/ALG转换网关
• 1.1.2 流媒体技术
• 1.2 流媒体调度公平性问题及研究现状
• 1.2.1 公平调度算法
• 1.2.2 流媒体调度算法
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文的目标和主要成果
• 1.5 本文的创新点
• 1.6 本文的结构
• 第二章 基于NAT－PT技术的应用系统的设计和测试
• 2.1 项目实验环境介绍
• 2.1.1 “IPv6-CJ”项目简介
• 2.1.2 项目实验环境简介
• 2.2 IPv4 向IPv6 的过渡技术
• 2.2.1 IPv4 简介及现状
• 2.2.2 IPv6 的产生与发展
• 2.2.3 IPv6 与IPv4 网络之间的互通技术
• 2.2.4 NAT-PT技术的主流地位
• 2.3 NAT-PT技术分析
• 2.3.1 NAT-PT简介
• 2.3.2 NAT-PT技术发展
• 2.3.3 NAT-PT网关的层次结构分析
• 2.3.4 NAT-PT网关的工作原理
• 2.4 基于NAT-PT网关的实验网络
• 2.4.1 NAT-PT实验网络的基本拓扑结构
• 2.4.2 NAT-PT/ALG转换网关的原型系统
• 2.4.3 安装NAT-PT软件
• 2.4.4 Linux内核模块的配置
• 2.4.5 其它必要的配置
• 2.5 NAT-PT/ALG转换网关的测试分析
• 2.5.1 对NAT-PT/ALG转换网关传输延迟的测试
• 2.5.2 对NAT-PT/ALG转换网关传输延迟的分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 流媒体应用系统的播放及调度机制研究
• 3.1 流媒体技术概述
• 3.1.1 流媒体技术特点
• 3.1.2 流媒体技术研究热点
• 3.2 流媒体应用系统
• 3.2.1 流媒体服务器
• 3.2.2 播控服务器
• 3.2.3 管理工作站
• 3.2.4 本项目中基于NAT-PT技术的流媒体应用系统演示环境
• 3.3 流媒体播放性能
• 3.3.1 流媒体通信网络的性能
• 3.3.2 IPv4 网络环境中的播放调度
• 3.3.3 IPv4-IPv6 过渡阶段播放调度的变化
• 3.4 流媒体调度算法
• 3.4.1 流媒体调度算法概述
• 3.4.2 静态调度算法
• 3.4.3 动态调度算法
• 3.5 补丁算法族
• 3.5.1 传统补丁算法的描述
• 3.5.2 传统补丁算法的缺点
• 3.5.3 周期补丁算法
• 3.5.4 选择性周期补丁算法
• 3.6 补丁流优先调度策略及调度算法
• 3.6.1 补丁流优先调度策略的提出
• 3.6.2 最大可补丁等待队列长度优先算法（MPQL）
• 3.6.3 修正后的最大可补丁等待队列长度优先算法（MFPQ）
• 3.6.4 存在的问题
• 3.7 本章小结
• 第四章 具有调度公平性的流媒体调度策略研究
• 4.1 公平调度概述
• 4.1.1 max-min公平性
• 4.1.2 基于效用函数实现公平调度的方法
• 4.1.3 使用公平队列实现公平调度的方法
• 4.2 流媒体调度中的公平性问题
• 4.2.1 现有流媒体调度算法中的公平性比较
• 4.2.2 分析原因
• 4.3 流媒体节目公平调度策略
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 MFPQT算法思想
• 4.3.3 流媒体服务器方系统流程
• 4.4 数学模型及仿真实验
• 4.4.1 视频服务器的模型分析
• 4.4.2 用户请求到达模型
• 4.4.3 算法的仿真实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 具有调度公平性的移动流媒体调度策略研究
• 5.1 移动流媒体技术
• 5.1.1 移动流媒体概述
• 5.1.2 移动流媒体研究内容
• 5.1.3 移动流媒体在国内外的应用
• 5.1.4 移动流媒体与IPv6
• 5.1.5 UMTS中的IMS
• 5.1.6 移动流媒体服务系统
• 5.1.7 移动流媒体调度技术
• 5.2 联想研究院“Himalayas”项目简介
• 5.2.1 “Himalayas”项目简介
• 5.2.2 移动流媒体系统的研究实例
• 5.2.3 研究实例的典型工作过程
• 5.3 移动流媒体公平调度算法
• 5.3.1 无线蜂窝网中的公平调度算法
• 5.3.2 移动流媒体调度的公平性问题
• 5.3.3 移动流媒体公平调度算法的思想
• 5.3.4 移动流媒体公平调度算法描述
• 5.3.5 移动流媒体服务器方系统流程
• 5.3.6 仿真及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步的工作
• 参考文献
• 作者简介及在攻读博士学位期间参与的项目
• 作者在攻读博士学位期间发表论文等成果的清单
• 致谢