面向视频会议的P2P流媒体覆盖网络结构研究

论文摘要

传统网络视频会议需使用专用线路或者部署大量的代理服务器,因而成本昂贵、可扩展性差,而近年来提出的P2P流媒体技术具有低成本、高可扩展性等特点,从而可以较好地解决上述问题。通过构建合理的覆盖网络结构和采用合适的数据传输策略,P2P流媒体技术可以满足视频会议对实时性等方面的要求。本文首先分析了两种典型的P2P流媒体覆盖网络的拓扑结构:树形结构和Mesh结构,详细分析了两种结构的工作原理和节点管理机制,并给出了两种结构优缺点的比较。本文进一步讨论了混合结构,分析了其节点组织策略、结构优化机制和数据传输策略,并指出了它的优点和不足。在此基础上,结合视频会议特点和P2P流媒体覆盖网络结构的研究,本文提出了一种新型的混合覆盖网络结构:核心树边缘Mesh结构(MTSMHS)。MTSMHS结构综合了树形结构和Mesh结构的特性,提高了数据传输实时性,增加了覆盖网络的动态适应能力,降低了控制开销,较好地满足了视频会议的应用需求。本文的主要研究工作有:(1)基于视频会议特点的分析,给出了MTSMHS结构的设计方案,其中详细描述了系统组成和节点功能模块。(2)给出了基于意愿停留时间的核心树初始化方案,以及节点行为管理机制,节点行为包括节点的加入、离开和失效。(3)提出了四个MTSMHS结构优化机制:基于冗余链路技术改善核心树动态自适应能力机制,提高了核心树失效恢复能力;节点在树和Mesh结构之间的角色转换机制,将两种结构有机结合为一体,增强了核心树的负载能力;高带宽优先的节点升级机制,降低了树的平均高度,减少了数据传输延迟;基于IP解析技术的节点分布优化机制,考虑节点的物理信息提高了数据传输实时性。(4)提出了高效的数据调度策略:宏观带状调度和微观标识组合调度的数据传输策略,巧妙地结合了pull和push数据调度方式,降低了数据重复发送,提高了数据传输效率。模拟实验表明MTSMHS结构具有良好的实时传输性和较低的控制开销。最后,根据提出的MTSMHS结构,本文设计了网络视频会议解决方案,实现了节点状态转换和MTSMHS结构的维护流程。总之,P2P流媒体技术应用于视频会议在一定程度上能够解决存在的一些问题,具有一定的理论意义和应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 P2P 流媒体技术应用于网络视频会议的研究背景和意义
• 1.1.2 P2P 流媒体技术国外研究现状
• 1.1.3 国内研究现状
• 1.2 本文主要工作
• 1.3 论文的结构
• 第二章 P2P 流媒体技术
• 2.1 P2P 技术概述
• 2.1.1 P2P 技术特点
• 2.1.2 P2P 技术典型结构分析
• 2.2 流媒体技术概述
• 2.2.1 流媒体技术特点
• 2.2.2 典型的流媒体网络传输结构
• 2.3 P2P 技术和流媒体技术的结合
• 2.3.1 P2P 技术和流媒体技术结合的优势
• 2.3.2 P2P 流媒体覆盖网络典型拓扑结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 P2P 流媒体覆盖网络结构研究与MTSMHS 结构设计
• 3.1 P2P 流媒体覆盖网络结构概述
• 3.2 单棵树P2P 流媒体覆盖网络结构研究
• 3.2.1 单棵树概述
• 3.2.2 单棵树P2P 流媒体覆盖网络模型研究
• 3.2.3 单棵树性能总结
• 3.3 多棵树P2P 流媒体覆盖网络结构研究
• 3.3.1 多棵树概述
• 3.3.2 多棵树P2P 流媒体覆盖网络模型研究
• 3.3.3 多棵树性能总结
• 3.4 基于MESH 的P2P 流媒体覆盖网络结构研究
• 3.4.1 基于Mesh 结构概述
• 3.4.2 基于Mesh 的P2P 流媒体覆盖网络模型研究
• 3.4.3 基于Mesh 结构性能总结
• 3.5 树形结构和MESH 结构的分析对比
• 3.6 混合型P2P 流媒体覆盖网络结构研究
• 3.6.1 mTreebone 模型研究
• 3.6.2 AnySee2 模型研究
• 3.6.3 混合结构性能总结
• 3.7 MTSMHS 混合结构设计方案
• 3.7.1 基于视频会议特点构建MTSMHS 结构
• 3.7.2 MTSMHS 系统构成模块
• 3.7.3 节点列表信息更新机制
• 3.8 MTSMHS 结构的节点管理机制
• 3.8.1 核心树的初始化
• 3.8.2 节点的加入过程
• 3.8.3 节点的离开和失效过程
• 3.8.4 小Mesh 结构连通性判断算法
• 3.9 本章小结
• 第四章 MTSMHS 结构优化机制和数据调度策略
• 4.1 MTSMHS 结构动态优化机制
• 4.1.1 基于冗余链路技术的核心树动态性适应能力优化机制
• 4.1.2 Mesh 节点和树节点的转换机制
• 4.1.3 核心树中节点的升级机制
• 4.1.4 基于IP 解析技术的节点分布优化机制
• 4.2 MTSMHS 的数据调度策略
• 4.2.1 push 和pull 推拉结合的调度策略概述
• 4.2.2 宏观带状调度和微观标识组合调度策略
• 4.3 性能模拟
• 4.4 本章小结
• 第五章 网络视频会议系统设计
• 5.1 基于MTSMHS 结构网络视频会议解决方案
• 5.2 基于MTSMHS 结构的网络视频会议系统的角色定义
• 5.3 基于MTSMHS 结构的网络视频会议系统的逻辑视图
• 5.4 网络视频会议系统的MTSMHS 结构维护过程
• 5.4.1 网络视频会议系统中参与节点的运行流程
• 5.4.2 列表服务器LS 的系统维护流程
• 5.5 网络视频会议系统的媒体数据传输过程
• 5.5.1 摄像机转发实体的设计
• 5.5.2 网络视频会议系统中参与节点的关键实现代码
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 后续工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果