P2P流媒体分发网络中路由热区问题的研究

论文摘要

路由热区问题是P2P流媒体分发网络的固有问题。路由热区问题又称为瞬间拥塞问题,其产生的典型原因是由于大量不可预知的用户同时向某个特定的服务节点请求流服务,从而临时地导致该服务节点分发能力的淹没（即节点软失效）和网络连接的过载。通过现有的P2P路由协议很难从根本上解决路由热区问题。因此,必须研究一套有效的方法来解决P2P流媒体分发网络中的路由热区问题,保证高质量的流媒体传输。本文的研究从三个方面解决P2P流媒体分发网络中的路由热区问题。包括:如何避免路由热区、如何快速诊断及定位路由热区、如何有效地恢复路由热区。概括起来,本文的主要贡献如下:（1）.从博弈论的角度来解决P2P流媒体分发网络中的路由热区避免问题。将路由热区避免问题归结为一个非协作的博弈问题,提出了路由热区避免的系统分析模型。在此系统模型基础之上,提出了一个激励兼容的定价策略以驱动网络达到与最优状态一致的纳什均衡,从而有效地避免路由热区的产生。在此基础上给出了分布式算法以求解激励兼容的定价策略。通过理论分析和仿真证明了这个算法可有效地避免路由热区的出现。（2）.对P2P流媒体分发网络中的路由热区诊断及定位问题进行了深入研究。首先给出了一个基于图的系统分析模型,这个模型考虑的P2P流媒体分发网络中各个对象之间的依赖关系,因而适用于大规模的网络。其次,基于这个模型,我们证明了路由热区诊断及定位问题是一个NP-完全问题,并设计了一个多项式时间的启发式算法—MMDHD算法。对时间复杂度和相对误差的理论分析显示了在大多数的情况下,该算法可求得近似最优解。最后,仿真结果也表明了该算法能快速有效地诊断及定位路由热区。（3）.对P2P流媒体分发网络中的路由热区恢复问题进行了深入研究。我们给出了一个分层的路由热区恢复机制:LRHR:并给出了LRHR机制的两种变形GNP-LRHR和RRNS-LRHR。GNP-LRHR机制使用Bowyer-Watson算法构造Delaunay三角网,并利用Delaunay三角网的性质寻找最优的路由热区恢复方案。RRNS-LRHR机制则随机选取恢复邻居。对计算复杂度和恢复时延的性能分析表明:LRHR是有效的路由热区的恢复机制。仿真结果显示了LRHR机制对路由热区恢复的有效性。（4）.对P2P流媒体分发网络的应用实例—基于P2P-SIP的视频会议系统进行了深入研究。提出了基于P2P-SIP的视频会议系统的框架,它是动态可扩展的。基于这个框架,我们设计和实现了一个基于P2P-SIP的视频会议原型系统—SOPVC系统。SOPVC系统采用单人发言的会议模式。在该会议模式基础上,我们对先前提出的路由热区避免机制、路由热区诊断和定位机制以及路由热区恢复机制进行了初步的实验。实验结果再次表明这些机制对于解决P2P流媒体分发网络中路由热区问题是有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 项目背景和主要研究内容
• 1.3 研究工作的创新点
• 1.4 本文结构和安排
• 第2章 P2P流媒体分发网络及路由热区综述
• 2.1 P2P流媒体分发网络
• 2.1.1 P2P定义及特点
• 2.1.2 P2P流媒体分发网络简介
• 2.1.3 P2P流媒体分发网络的体系结构
• 2.1.4 P2P流媒体分发网络的分类
• 2.1.5 P2P流媒体分发网络的数据提供方式
• 2.1.6 研究现状
• 2.1.7 技术挑战
• 2.2 路由热区的研究
• 2.2.1 路由热区避免机制
• 2.2.2 路由热区诊断及定位
• 2.2.3 路由热区恢复机制
• 2.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第3章 路由热区避免机制
• 3.1 问题背景
• 3.1.1 问题概述
• 3.1.2 策略型博弈
• 3.2 系统模型与问题描述
• 3.3 SDG博弈中的纳什均衡的表达式
• 3.4 激励兼容的定价策略
• 3.5 分布式的自适应定价算法
• 3.5.1 算法描述
• 3.5.2 算法收敛性分析
• 3.6 实验仿真
• 3.6.1 仿真环境
• 3.6.2 实验结果与分析
• 3.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第4章 路由热区诊断和定位机制
• 4.1 问题背景
• 4.2 系统分析模型
• 4.3 路由热区诊断及定位算法
• 4.3.1 穷举查找算法
• 4.3.2 贪婪算法
• 4.3.3 MMDHD算法
• 4.4 算法实例
• 4.5 性能分析
• 4.6 实验仿真与比较
• 4.6.1 仿真环境
• 4.6.2 性能指标
• 4.6.3 仿真结果与性能比较
• 4.7 本章小结
• 本章参考文献
• 第5章 路由热区恢复机制
• 5.1 问题背景
• 5.1.1 问题特点
• 5.1.2 Delaunay方法基本原理
• 5.2 LRHR机制
• 5.2.1 LRHR机制概述
• 5.2.2 GNP-LRHR机制
• 5.2.3 RRNS-LRHR机制
• 5.3 性能分析
• 5.3.1 集中式的GNP-LRHR机制
• 5.3.2 分布式的GNP-LRHR机制
• 5.4 实验仿真与分析
• 5.4.1 试验环境及参数设置
• 5.4.2 仿真结果与分析
• 5.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第6章 实例研究
• 6.1 问题背景
• 6.1.1 SIP标准
• 6.1.2 P2P-SIP与视频会议
• 6.2 基于P2P-SIP的视频会议的框架
• 6.3 系统设计和基本功能的实现
• 6.3.1 SIP用户命名
• 6.3.2 用户认证
• 6.3.3 DHT发现和加入
• 6.3.4 SIP消息路由
• 6.3.5 会议过程
• 6.3.6 媒体分发过程
• 6.4 路由热区避免机制的实验
• 6.4.1 实验概述
• 6.4.2 用户节点的实验流程
• 6.4.3 超级节点的实验流程
• 6.4.4 实验结果
• 6.5 路由热区诊断及定位机制的实验
• 6.5.1 实验概述
• 6.5.2 用户节点的实验流程
• 6.5.3 超级节点的实验流程
• 6.5.4 实验结果
• 6.6 路由热区恢复机制的实验
• 6.6.1 实验概述
• 6.6.2 超级节点的实验流程
• 6.6.3 实验结果
• 6.7 本章小结
• 本章参考文献
• 结束语
• 博士期间完成的论文
• 参加的科研工作
• 致谢