基于P2P技术的流媒体直播系统研究与实现

论文摘要

近年来,由于互联网的广泛普及和宽带网的高速发展,对网络带宽要求较高的网络多媒体技术也发展迅猛,其中基于P2P网络的流媒体技术成为当前研究的热点。P2P技术采用完全分布式结构,网络中的节点既可以获取其他节点的资源或服务,同时又是资源或服务的提供者。使用P2P技术进行流媒体直播不仅能有效降低服务器资源和网络带宽占用,而且能适应网络的异构性,部署的成本和复杂度较低。虽然目前基于P2P技术的流媒体直播系统已经有多种实现,然而现有系统仍然有一些必须解决的问题,包括:网络延时、网络不可控、上下行带宽不对称、NAT穿越、安全性和可管理性等问题。本文针对大规模P2P流媒体直播中的若干问题进行了深入的研究,从覆盖网结构、节点管理与维护、数据调度策略以及异常处理等方面分析比较了几种典型的P2P流媒体系统模型。并且对于当前系统中已存在的组播结构不稳定、异构节点适应性差、数据调度效率低、控制开销大等问题,设计了一套完整的面向大规模网络的P2P流媒体直播系统。论文主要研究内容和创新点如下:首先,提出了应用层组播的构造方案。该方案以流媒体应用为核心,通过Gossip协议维护异构节点的拓扑结构,以动态节点选择提高了拓扑的稳定性。并针对P2P网络中NAT的存在带来的问题,提出了一种新的NAT穿越方法,该方法可以穿越对称型NAT,有效提高了P2P网络中节点资源的利用率。其次,提出一种自适应的数据调度算法—LFSA。该算法基于资源的分布情况选择出“活动数据发送节点集合”,在集合的基础上以易于实现的方式综合考虑了节点负载、网络延迟等因素来动态调度数据的发送节点,实验表明该算法具有较低的开销。最后,设计并实现了PolyTV P2P流媒体直播系统,并对其进行了测试,大量实验数据表明该系统具有控制开销小、低延迟、可靠性高和成本低等特点,可以在互联网上进行大规模的视频直播。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 P2P 技术及流媒体研究现状
• 1.2.1 国外P2P 研究现状
• 1.2.2 国内P2P 研究现状
• 1.2.3 P2P 流媒体应用研究现状
• 1.3 作者主要研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 典型应用层组播模型分析
• 2.1 应用层组播模型概述
• 2.2 基于单多播树的网络模型
• 2.2.1 ESM 模型
• 2.2.2 PeerCast 模型
• 2.2.3 Nice 模型
• 2.2.4 ZigZag 模型
• 2.3 基于多个多播树的网络模型
• 2.3.1 CoopNet 模型
• 2.3.2 SplitStream 模型
• 2.4 基于网状结构的网络模型
• 2.4.1 组播拓扑的构建
• 2.4.2 数据传输拓扑的构建
• 2.5 应用层组播性能评价标准
• 2.6 本章小结
• 第3章 P2P 流媒体直播系统的设计
• 3.1 系统设计目标
• 3.2 系统设计思想
• 3.3 总体实现方案
• 3.4 数据块的表示与划分
• 3.5 数据缓冲区设计
• 3.6 数据调度策略
• 3.6.1 相关研究
• 3.6.2 存在的问题
• 3.6.3 数据调度原则
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统实现的关键技术研究
• 4.1 应用层组播网的构建
• 4.1.1 新节点加入
• 4.1.2 成员管理
• 4.1.3 伙伴管理
• 4.1.4 退出策略
• 4.2 数据调度算法
• 4.2.1 算法描述
• 4.2.2 实例分析
• 4.2.3 与DONet 模型中调度策略的比较
• 4.3 NAT 穿越问题
• 4.3.1 NAT 对P2P 应用的影响
• 4.3.2 STUN 协议与NAT 穿越
• 4.3.3 新的NAT 穿越方案
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统测试与评价
• 5.1 测试环境的搭建
• 5.2 测试结果分析与评价
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢