基于P2P和CDN的流媒体系统直播系统的研究与设计

论文摘要

Internet的迅猛发展推动了视频直播系统的广泛应用,但现有的视频直播系统在扩展性、鲁棒性、质量保证等方面远远不能满足需要。传统的基于单播的传输方式很容易导致服务器端的性能瓶颈,不能有效进行大规模的流媒体分发。IP多播技术由于协议复杂性、网络异构性、以及自身固有的限制而难以部署。由媒体代理服务器发展起来的CDN技术又面临高昂成本的问题。而目前单纯的P2P应用的盛行带来网络流量风暴,新闻监管缺失,内容版权管理真空,病毒泛滥等诸多问题,阻碍了P2P技术进一步发展成为运营商级别的可靠技术平台。本文提出的流媒体直播系统把P2P和CDN技术有效结合起来,在CDN网络中引入P2P技术。通过这种模式可以在不增加成本的同时有效提升CDN服务能力,更有效避免了P2P应用的诸多弊端。本文分析了流媒体网络方向国内外的研究发展现状,介绍了基于P2P网络的流媒体发布与播放系统所涉及到的流媒体和对等网络方面的最新技术成果,为实践提供了坚实的理论基础。深入探讨了目前国际上存在的几种基于P2P网络的流媒体系统典型模型,分析了各种模型的性能优势、存在问题和适用范围,并且对几种典型模型进行了比较,对流媒体直播系统的设计具有重要的借鉴意义。完成了基于P2P和CDN技术的流媒体直播系统OLIVES的整体框架设计。对设计思想、整体框架以及各个模块的设计进行了详细的介绍,并对其所涉及的有关理论以及关键技术进行了研究,包括节点管理、存储管理和数据调度策略等。最后,设计并实现了OLIVES系统的核心子系统观看节点。对该子系统的整体框架,运行的具体流程进行了详细的讲述,给出了每个模块的类图并对其中各个类的主要功能和核心算法的实现方法做了详尽的描述。本系统采用Visual StudioC++ 2003.net作为开发工具,C++作为开发语言,以Window XP为开发平台,运用面向对象的程序设计思想开发完成。在局域网范围内搭建了试验环境,对观看节点系统进行了测试,并通过仿真实验对其传输延时,区域间流量,发布端和观看端的负载进行了测试,证明运行效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 论文的主要工作
• 1.3 各章内容简介
• 第二章 相关工作与研究现状
• 2.1 引言
• 2.2 流媒体技术及其应用
• 2.3 对等网络技术
• 2.4 媒体分发技术
• 2.5 本章小节
• 第三章 P2P流媒体分发系统典型模型分析
• 3.1 引言
• 3.2 基于树状拓扑协议及扩展
• 3.3 基于Gossip协议: CoolStreaming/DONet
• 3.4 混合模型: Bullet
• 3.5 本章小节
• 第四章 OLIVES系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 设计思想
• 4.2.1 P2P与CDN对比
• 4.2.2 OLIVES设计思想
• 4.2.3 OLIVES系统的优点
• 4.3 系统框架
• 4.4 OLIVES系统中的关键问题
• 4.4.1 节点管理
• 4.4.2 缓冲区的管理
• 4.4.3 数据调度
• 4.5 系统软件体系结构设计
• 4.5.1 观看节点
• 4.5.2 流媒体超级节点
• 4.5.3 目录索引服务器
• 4.5.4 路由选择服务器
• 4.5.5 流媒体发布节点
• 4.5.6 NAT服务器
• 4.6 本章小节
• 第五章 OLIVES中观看节点子系统的实现
• 5.1 引言
• 5.2 总体框架设计
• 5.3 观看节点工作流程
• 5.4 观看节点各模块具体实现
• 5.4.1 节点管理模块的实现
• 5.4.2 缓存区管理模块的实现
• 5.4.3 网络接口的实现
• 5.4.4 数据调度模块的实现
• 5.4.5 轻量级HTTP服务器的实现
• 5.4.6 发布节点媒体访问模块的实现
• 5.5 系统测试与仿真实验
• 5.5.1 系统测试
• 5.5.2 仿真实验
• 5.6 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间科研成果