下一代网络视频传输关键技术研究

论文摘要

下一代网络通信业务将多媒体数据融合到统一的IP网络上,为用户提供丰富多彩的服务。本文在探讨IP网络、固网和移动融合网络的视频通信技术基础上,从网络层、传输层和应用层的不同角度对下一代网络中视频传输的关键技术进行了系统的研究。以下是本论文的创新性研究工作:（1）在网络层,提出了一种基于蚁群算法的启发式智能优化QoS组播路由算法,从人工智能的角度对IP层的组播路由寻路方法进行了研究。提出了一种基于蚁群算法的,满足带宽、时延、时延抖动、分组丢包率、费用多个QoS约束的动态组播路由算法（DM-ACA）。算法使用逆向路径（Reverse path）机制,蚂蚁从目的节点出发寻找源节点,解决了组播网络动态变化的问题;通过引入洪泛（flooding）机制,初始群筛选（sieving）机制,加性增量乘性减量（AIMD）的信息素启发机制,解决了蚁群算法局部搜索能力弱、收敛速度慢、易于陷入局部最优解的问题。仿真结果表明,提出的算法可行有效。（2）在传输层,基于对复杂网络、无标度网络和小世界网络的理论研究基础上,对网络的建模问题进行了研究,提出了一种网络仿真建模模型,针对网络底层拓扑仿真方法提出建议。研究表明,Internet网络中节点的连接度服从幂律分布,且具有无标度（scale-free）特性。基于无标度网络模型建立的网络仿真能够更真实的反映在互联网中应用的演化特征。基于对无标度网络的研究,提出了一种基于对数关系的改进的非平稳增长模型,在此模型基础上建立了基于Gossip协议的应用层组播（ALM）的模拟仿真。仿真结果表明,与常用的随机网络模型比较,本文提出的基于无标度网络的模型与互联网的实际情况更吻合;与Planetlab实验床试验和实际测量数据分析比较,基于无标度网络的仿真可以有效模拟大规模网络上的应用。（3）在应用层,对基于P2P结构的应用层组播数据分发模型进行了研究,提出了一种基于Gossip闲谈机制的节点管理控制策略,对分布式应用系统中的节点对象管理提出了有效的数据分发访问方法,一种被称作Gomcast（Gossip-based Overlay Multicast）的有效的成员管理协议被提出。研究表明,大部分传统的Gossip闲谈解决方案能够在节点小范围配置下很好的工作,但是在节点规模大的情况下会在可靠性和传输性能方面有很大的降低,这是因为单个节点缺乏全局信息、负载流量高和缺乏灵活性等原因。本文提出如下策略以提供给节点一个可靠的局部视图:服从幂律分布并使用优先连接的增长模型,推拉的闲谈机制,一种基于分布式哈希表的心跳优化。实验结果表明,以上策略在节点规模大的情况下有更好的传输管理性能。（4）对P2P SIP的多媒体成员管理模型进行了讨论,提出了一种新型的多媒体传输控制机制。设计了一种使用Chord算法实现的、P2P模式的、使用SIP协议作为控制信令的传输模型,并对其中节点的启动和注册问题进行了详细讨论,设计了工作过程的详细步骤。（5）对IMS中固网和移动网络融合技术进行了研究,着重对网络融合中PSTN与IMS信令互通机制进行了讨论,提出了一种IMS与PSTN互通的参考模型,分析了从SIP到ISUP的典型呼叫会话流程,给出了实现SIP与ISUP信令互通的结构和消息映射机制。在此基础上,本文设计和实现了一个具体的MGCF,重点分析了MGCF的应用层模块设计,并给出了一个具体的消息映射状态机的实现过程。（6）提出了一种在异构网络中自适应视频流传输的策略机制,使用Click Modular Router模块,设计了一种在无线网络和IP网络的异构环境中,当网络参数发生变化时,客户端自适应调整视频流服务质量的解决方案,实验结果表明,当网络参数变化时,VideoLAN视频服务客户端接收到的视频流服务质量可以保证,方案可行有效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 下一代网络中视频传输技术发展
• 1.2 多媒体业务发展
• 1.3 视频传输技术研究现状
• 1.3.1 IP组播
• 1.3.2 无标度网络
• 1.3.3 应用层组播
• 1.3.4 IMS融合网络
• 1.4 论文的研究内容与创新点
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 论文章节安排
• 1.4.3 论文创新点
• 1.5 本章小结
• 1.6 参考文献
• 第二章 多约束QoS智能优化组播路由算法研究
• 2.1 IP组播研究现状
• 2.1.1 IP组播协议
• 2.1.2 多约束QoS组播路由算法
• 2.2 智能优化组播路由算法研究
• 2.2.1 启发式智能优化算法
• 2.2.2 群集智能优化算法
• 2.3 蚁群算法研究及应用
• 2.3.1 蚁群算法进展
• 2.3.2 蚁群算法应用
• 2.3.3 路由算法中的应用
• 2.4 基于蚁群算法的满足多约束QoS组播路由算法
• 2.4.1 多约束QoS动态组播路由模型的建立
• 2.4.2 DM-ACA动态组播路由算法模型
• 2.4.3 算法仿真实例和结果分析
• 2.4.4 结束语
• 2.5 本章小结
• 2.6 参考文献
• 第三章 无标度网络在ALM中的建模研究
• 3.1 应用层组播模型
• 3.1.1 应用层组播与对等网络
• 3.1.2 应用层组播研究进展
• 3.1.3 基于Gossip的应用层组播
• 3.2 复杂网络理论研究
• 3.2.1 六度分割
• 3.2.2 小世界网络
• 3.2.3 复杂网络的传播动力学
• 3.3 网络建模问题
• 3.4 无标度网络建模
• 3.4.1 标度的概念
• 3.4.2 无标度网络建模研究
• 3.5 改进的非平稳增长演化模型
• 3.5.1 增长网络模型抽象
• 3.5.2 择优的对数模型算法
• 3.6 仿真实验及结果分析
• 3.6.1 演化模型的网络拓扑生成
• 3.6.2 建立基于Gossip协议的应用层组播仿真
• 3.7 本章小结
• 3.8 参考文献
• 第四章 视频传输成员管理策略研究
• 4.1 应用层组播成员管理
• 4.2 基于闲谈的成员管理
• 4.2.1 闲谈在复杂网络中的传播
• 4.2.2 闲谈的模型研究
• 4.2.3 闲谈模型用于成员管理
• 4.2.4 伙伴关系的建立
• 4.3 一种基于闲谈的覆盖层成员管理策略
• 4.3.1 相关研究
• 4.3.2 基于闲谈的覆盖层组播协议
• 4.3.3 无标度网络中的优先连接
• 4.3.4 推拉结合的传播机制
• 4.3.5 哈希心跳优化
• 4.4 仿真实验及结果分析
• 4.4.1 仿真实验
• 4.4.2 结果分析
• 4.4.3 实验总结
• 4.5 基于P2P SIP的新型多媒体成员管理模型
• 4.5.1 P2P SIP研究背景
• 4.5.2 P2P SIP传输模型研究
• 4.5.3 P2P SIP用于成员管理策略
• 4.6 本章小结
• 4.7 参考文献
• 第五章 异构网络视频传输融合技术研究
• 5.1 异构网络中固网和移动网络融合
• 5.2 视频传输中控制协议
• 5.3 IMS技术发展
• 5.4 IMS与PSTN互通研究
• 5.4.1 SIP和ISUP协议转化与消息映射
• 5.4.2 MGCF的设计与实现
• 5.4.3 本节小结
• 5.5 一种自适应的异构网络视频流传输机制
• 5.5.1 系统模型分析
• 5.5.2 系统模块设计
• 5.5.3 系统实现和流程设计
• 5.5.4 本节小结
• 5.6 本章小结
• 5.7 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 进一步研究展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文情况
• 个人简历及科研工作