P2P内容分发系统中编码解码算法设计与实现

论文摘要

编码解码是目前通信技术领域的热点问题之一,吸引了学术界和工业界的共同关注。基于内容分发的分布式存储是P2P（peer-to-peer）网络技术的一项重要应用,通过分析国内外现有的基于P2P网络的内容分发系统的技术和分布式系统中信息内容的分布式存储技术,将二者的技术优势充分结合,实现信息内容的发布、管理、查询、分级下载和分片存储技术。在该系统中,当一个结点被破坏,如何保护结点上信息内容的机密性和完整性是人们共同关心的重要研究课题。因此,本文旨在研究适用于对等内容分发系统的编码解码算法。基于对编码解码算法的设计与实现,本文比较分析了目前常用的编解码算法,并得出结论,对适用于P2P内容分发系统的编码解码算法加以实现和测试。本文的主要工作包括以下几点:（1）设计并实现了Vandermonde编码解码算法。Vandermonde生成矩阵是实现FEC（Forward Error Correct,向前纠错）技术的最主要计算组成部分。将要被处理的文件内容通过与生成矩阵进行相乘运算产生正常的文件内容数据包和纠正数据内容数据包,并且这些正常文件内容数据包所包含的信息是与源文件内容数据包会包含的是相同的。Vandermonde的难点在于难于找一个适合的生成矩阵。（2）设计并实现了Cauchy编码解码算法。Cauchy Codes是一种基于异或的Erasure Codes,是一种Reed-Solomon Codes实现的变形。因而其实现较为复杂,涉及到Galois field上的数值变换。Cauchy Codes作为一种Erasure Codes,它的设计目的也是为了在实时网络中传输文件时通过增加冗余包来抵御数据包的丢失。在本文中,通过对Cauchy的实现,证明了它的便捷性。（3）研究了Tornado编码解码算法。利用Tornado编码算法把源文件划分为k个大小相等的数据块,并进行编码,生成n个数据块,虽然接收方需接收多于或等于k个数据块才能恢复出源文件,但Tornado Codes却表现出了极高的整理速度。本文主要就这三种编码解码算法进行研究,在分析比较的基础上,将CauchyCodes应用于P2P内容分发系统,通过一系列实验,对该编解码算法进行性能测试。测试的结果表明,Cauchy Codes是目前最适合于P2P内容分发系统的编解码算法,它的使用保证了内容信息的完整性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究来源及背景
• 1.1.1 P2P的迅速发展
• 1.1.2 P2P内容分发系统的研究依据
• 1.1.3 编码解码的重要性
• 1.2 研究的目的与意义
• 1.3 作者主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 P2P内容分发相关技术研究
• 2.1 P2P基本原理
• 2.1.1 P2P系统定义
• 2.1.2 P2P体系结构
• 2.1.3 对等技术应用的分类
• 2.2 内容分发技术的类型
• 2.2.1 内容分发网络技术
• 2.2.2 组播技术
• 2.2.3 对等内容分发技术
• 2.2.4 对等内容分发的研究价值
• 2.3 编码解码算法简介
• 2.4 小结
• 第三章 基于P2P的内容分发系统中编解码需求分析
• 3.1 引言
• 3.2 基于P2P的内容分发系统总体需求简介
• 3.2.1 系统的一般描述
• 3.2.2 系统总体简介
• 3.2.3 系统的功能描述
• 3.3 基于P2P内容分发系统编解码的功能需求
• 3.3.1 编码功能需求
• 3.3.2 解码功能需求
• 3.4 基于P2P内容分发系统编解码性能需求
• 3.4.1 实时性
• 3.4.2 正确性
• 3.5 小结
• 第四章 P2P内容分发系统编码解码算法设计
• 4.1 基于P2P内容分发系统冗余存储方案
• 4.1.1 两种分片冗余存储方案的比较
• 4.1.2 冗余存储方案的选择
• 4.2 流式编码
• 4.2.1 流式编码标准
• 4.2.2 流式编码技术
• 4.2.3 流式编码的可行性
• 4.3 Shamir门限方案
• 4.3.1 秘密共享的思想
• 4.3.2 拉格朗日插值多项式方案
• 4.3.3 Shamir门限方案
• 4.3.4 Shamir门限方案的可行性
• 4.4 前项错误纠正（Forward Error Correction）技术
• 4.5 Erasure Code
• 4.5.1 Erasure code的理论依据
• 4.5.2 Vandermonde矩阵
• 4.5.3 Erasure code的编码解码算法
• 4.6 Reed-Solomon码
• 4.7 Cauchy Codes
• 4.7.1 Cauchy Codes的理论依据
• 4.7.2 Cauchy Codes的优点
• 4.7.3 Cauchy Codes编码算法
• 4.7.4 Cauchy Codes解码算法
• 4.8 Tornado codes
• 4.8.1 对理想协议的需求
• 4.8.2 Digital Fountain
• 4.8.3 Tornado codes的理论依据
• 4.8.4 Tornado codes的性能
• 4.9 编解码算法的对比分析
• 4.10 小结
• 第五章 基于P2P的内容分发系统编解码算法实现
• 5.1 Vandermonde编解码算法的实现
• 5.2 Cauchy Codes编解码算法的实现
• 5.2.1 Cauchy Codes编码算法的实现
• 5.2.2 Cauchy Codes解码算法的实现
• 5.3 Tornado codes编解码算法的实现
• 5.4 三种编解码算法的实现比较
• 5.5 小结
• 第六章 Cauchy code编码、解码算法测试
• 6.1 测试环境与条件
• 6.2 实验一 改变Nsegs的数值
• 6.3 实验二 改变源数据的大小
• 6.4 实验三 改变编码冗余度
• 6.5 小结
• 第七章 结束语
• 7.1 工作总结
• 7.2 未来的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间的工作与研究成果