基于网络编码的P2P直播系统冗余优化研究

论文摘要

近年来,基于网-络编码的P2P流媒体直播系统成为了国内外P2P领域研究的热点。较传统P2P流媒体系统,与网络编码技术结合后具有传输协议简单高效、对高动态网络环境适应性强和系统扩展性更好等优点,有希望成为未来互联网流媒体系统的主要模式。虽然从2005年开始,基于网络编码的P2P流媒体直播系统的协议设计和系统实现等相关工作陆续涌现,但是仍然存在值得研究的问题。例如,编码块包含等量的源数据段的信息,采用多源随机推模式协议来传输,但缺乏显式的协同控制机制也导致了在数据传输过程中仍然存在大量线性相关冗余；同时,大规模的P2P系统中的算法性能评价一直是个难点,原型系统的实验方法将消耗大量资源和时间,而模拟器方面还不能高效地支持网络编码操作。针对以上两个问题,本文分别提出了一种面向冗余优化的源节点选择算法和一种融合网络编码的P2P流媒体系统模拟器的设计方案,具体如下：为了解决由于缺乏协同控制而带来的线性相关冗余,提出了一种在基于网络编码的P2P直播系统中的活动源节点选择算法。活动源节点选择问题可以看作是以归约为0-1背包问题的变种,是NP难的,因此设计了一个多项式时间的近似算法来逼近最优解。通过形式化证明和模拟,验证了该算法的可行性。数据表明该方法能够进一步提高P2P流媒体直播系统的服务质量。针对原型系统的实验方法和现有P2P流媒体系统模拟器的不足,提出了一种新型模拟器设计方案。该模拟器采用离散事件驱动作为引擎来推进时间,通过节点、事件、协议、消息和操作五个基本类来定制基于各种策略的P2P流媒体系统。其具有模块化程度高、代码量小、可任意配置的特点,且能够评测流媒体服务中各种性能指标,如启动延迟和播放流畅性,同时还支持网络编码性能分析和网络动态性模拟。今后的研究将从轻质协同控制机制、如何选取合适的段粒度和建立数学模型等方面入手来进一步提高基于网络编码的P2P流媒体系统的性能和服务质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 网络视频与流媒体技术
• 1.1.2 P2P技术
• 1.1.3 网络编码技术
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 论文主要贡献
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 相关研究工作
• 2.1 P2P流媒体直播技术
• 2.1.1 P2P流媒体直播与点播
• 2.1.2 组播树和多源协同
• 2.1.3 传输方式
• 2.2 网络编码
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 网络编码理论研究
• 2.2.3 实用网络编码技术
• 2.3 基于网络编码的P2P流媒体技术
• 2.3.1 调度策略
• 2.3.2 数学模型
• 2.3.3 系统实现
• 2.4 结语
• 第3章 面向线性相关冗余优化的源节点选择算法
• 3.1 引言
• 3.2 线性相关冗余数据原因分析
• 3.3 问题定义
• 3.4 近似算法
• 3.5 性能评价
• 3.6 结语
• 第4章 基于网络编码的P2P流媒体系统模拟器设计
• 4.1 引言
• 4.2 基本架构
• 4.3 模块设计
• 4.3.1 节点与网络
• 4.3.2 事件与事件列表
• 4.3.3 协议与消息
• 4.3.4 操作类
• 4.4 实例构建
• 4.4.1 网络拓扑和延迟
• 4.4.2 简化消息和缓冲区
• 4.4.3 周期性事件驱动引擎
• 4.4.4 可扩展的协议栈
• 4.5 结语
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录