基于P2P与CDN混合流媒体分发技术研究

论文摘要

近年来,Internet上的流媒体应用得到了迅猛发展。如何实现一个经济、高效的流媒体通信传输系统已成为流媒体服务系统的核心问题。传统的多媒体系统主要使用C/S模式,服务器以单播的方式和每个客户建立连接。由于流媒体服务具有高带宽、持续时间长等特点,随着客户数目的快速增加,服务器的资源（如带宽）很快就被消耗,成为系统瓶颈,导致系统的可扩展性差。将P2P技术引入流媒体系统将会使服务分散化,从而减轻服务器负载,并支持大范围的流媒体内容发布。本文首先介绍了国内外各种流媒体数据分发技术的研究背景和相关研究现状,介绍了目前解决流媒体的3种主要技术框架。通过分析指出现有CDN系统在面对有较大I/O负载压力时,服务器或其网络带宽将会成为性能的瓶颈,并且CDN服务器的部署和维护的成本相对较高;另一方面,P2P技术用于流媒体分发也有其自身问题。首先,它需要足够数量的种子供应Peer节点以支持Peer节点播放。第二,相比于一台CDN服务器,一个Peer节点仅能或乐意提供很低的上传带宽;可能低于媒体数据的回放速率。针对存在的问题,基于混合式分发框架基础上,本文提出基于CDN和P2P技术的混合三层流媒体服务体系结构HTMSA（Hybrid Three-tie Media Streaming Service Architecture based on CDN and P2P）。最后根据系统的结构图,讨论了系统实现中用到的关键技术。本文核心内容包括,针对如何降低MSN（ Multicast Service Nodes ）节点负载压力的问题,在基于HTMSA体系结构下,通过已有的服务容量理论模型把流媒体分发分为三个阶段,并详细分析讨论了每个阶段的有效Peer节点数和系统服务容量,通过动态调整MSN节点输出带宽来降低MSN节点负载。最后针对在大规模并发用户数条件下,针对如何降低服务器负载压力和降低播放的启动延迟,本文提出了一种缓存策略来解决上述问题。本文实验都基于Cygwin+NS2实验环境,测试了HTMSA系统在服务器的负载性、系统整体服务能力和Peer节点的缓存对于服务器负载以及Peer节点播放延时方面,测试结果显示在这几方面都有显著的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 P2P 流媒体技术国内外研究现状
• 1.2.1 国外现状
• 1.2.2 国内现状
• 1.3 本论文的工作
• 1.4 本文结构
• 2 网络流媒体的相关基础理论
• 2.1 内容分发网络CDN
• 2.1.1 CDN 的定义
• 2.1.2 CDN 系统框架
• 2.1.3 CDN 流媒体分发机制
• 2.1.4 CDN 系统小结
• 2.2 P2P 网络
• 2.2.1 P2P 网络特点
• 2.2.2 P2P 网络体系结构
• 2.2.3 典型P2P 网络系统BitTorrent
• 2.3 混合式P2P 流媒体分发网络
• 2.3.1 OMNI
• 2.3.2 Scattercast
• 2.3.3 混合式点播框架
• 2.3.4 混合式P2P 流媒体分发网络小结
• 2.4 流媒体技术
• 2.4.1 流媒体主要文件格式
• 2.4.2 传输控制协议
• 2.5 本章小结
• 3 基于CDN 和P2P 技术的混合三层流媒体服务体系结构
• 3.1 HTMSA 系统结构
• 3.2 HTMSA 体系结构工作原理
• 3.3 本章小结
• 4 HTMSA 体系结构涉及的关键技术
• 4.1 基于HTMSA 体系结构PEER 节点层资源定位
• 4.1.1 节点良好度
• 4.1.2 快速检索算法
• 4.2 基于HTMSA 体系结构服务器带宽分配方法
• 4.2.1 P2P 点播系统服务容量模型
• 4.3 基于HTMSA 体系结构PEER 节点缓存管理
• 4.3.1 基于HTMSA 体系结构流媒体数据传输
• 4.3.2 基于HTMS 体系结构流媒体系统的节点缓存框架
• 4.3.3 基于HTMS 体系结构流媒体系统的节点缓存策略
• 4.4 本章小结
• 5 试验测评
• 5.1 试验平台简介
• 5.1.1 NS2 简介
• 5.1.2 试验平台搭建
• 5.2 测试用例
• 5.3 测试结果
• 5.3.1 系统整体服务能力测试结果
• 5.3.2 服务器负载测试结果
• 5.3.3 启动时延测试结果
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录