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基于覆盖网络的应用层多播技术研究

作　者: 郑心炜
导　师: 余胜生
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 流媒体传输覆盖网络路由算法应用层多播拥塞控制网络异构性
分类号: TP393.02
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 298次
引　用: 1次
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内容摘要

随着计算机网络的不断发展,以视频会议、视频点播、远程教育等为代表的新型多媒体多播应用的大量涌现,对多播通信服务提出了迫切的需求。与IP多播相比,基于覆盖网络思想的应用层多播最大的优势在于由端系统而不是核心路由器实现多播通信的所有功能,无需改变下层网络基础设施,易于部署,这体现了下一代网络服务的研究重点正在从网络层向应用层跃迁的趋势。在研究覆盖多播的路由协议及算法的基础上,主要研究工作和创新点如下:在分析覆盖网络模型的理论和系统框架基础上,针对大型覆盖网络系统提出了一种DHCM(density-based hierarchical clustering multicast)应用层多播模型,改进了IHC(Incremental Hierarchical Clustering)算法,以集群满足单调性和同构性为原则,对集群的密度进行层次划分,通过密度树实现最短路由;采用peer-to-peer技术,用之字形数据传输方案来替代传统的父亲节点向孩子节点传输数据,避免同一节点向太多节点传输数据而产生瓶颈,提高了系统的数据传输效率。通过和其他多播算法进行实验比较,进一步验证DHCM系统在视频流传输上具有高效性和健壮性。提出了MRDL(Minimum radius,degree-limited spanning tree problem)和LRRB(Limited radius,residual fraction-balanced spanning tree problem)两个模型来求解“度约束最小延迟生成树”,并且提出了相应的启发式算法:MRDL-H和LRRB-H算法;提出了一系列Swap和Switch操作动态维护多播树,引入Knock-down技术使多播树具有更广泛的可扩展性。仿真实验结果显示两类算法对不同端系统分布环境表现出良好适应性,在多播生成树的延时、重复带宽使用和网络资源占用量等性能方面均具有明显优势,从而验证了该算法的有效性。提出一种新的基于代理的系统—应用层自适应多播iPALM系统(Proxy basedApplication-level Multicast)来改善网络的异构性和传输实时性,在局域范围内采用高效率的IP Multicast进行数据传输,每个多播域中设置一个代理服务器MPN,MPN之间的主干网络通过应用层多播进行数据传输,实现在Internet范围内的多点数据通信;采用了XML驱动的服务定制机制,通过基于客户端和基于代理服务器的双层结构的拥塞控制技术。给出了iPALM系统的功能模块图,定义了协议包的类型、功能、格式定义等,以及各个模块保存的表的具体定义。最后通过模拟实验证明,该系统可以满足不同应用需求,节省大量的网络资源,提供了网络吞吐量,平滑了网络传输的抖动,提高了视频服务质量。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-24
  1.1 多播技术概述  10-11
  1.2 应用层多播技术的发展状况  11-15
  1.3 研究应用层多播模型的意义  15-17
  1.4 国内外研究现状  17-22
  1.5 本文主要研究内容和结构安排  22-24
2 覆盖网络模型的理论模型  24-31
  2.1 覆盖网体系结构  24-25
  2.2 覆盖网抽象模型  25-27
  2.3 多播服务质量的性能标准  27-28
  2.4 多播服务质量的抽象描述  28-29
  2.5 覆盖网路由问题的抽象描述  29-31
3 基于密度树的覆盖多播算法的研究  31-46
  3.1 引言  31-32
  3.2 密度树多播算法的基本定义  32-34
  3.3 DHCM模型的框架  34-37
  3.4 密度树的加入和离开算法  37-39
  3.5 密度树的维护和调整算法  39-41
  3.6 DHCM模型的数据流算法  41-43
  3.7 DHCM模型和其他算法的性能比较  43-44
  3.8 相关工作  44-45
  3.9 小结  45-46
4 最小延迟多播树的算法研究  46-78
  4.1 引言  46-47
  4.2 网络模型和问题描述  47-52
  4.3 最小延迟多播树的主要算法  52-56
  4.4 多播树的维护和性能优化  56-64
  4.5 模拟实验结果  64-76
  4.6 相关工作  76-77
  4.7 结论  77-78
5 一种基于代理的流媒体多播系统的改进  78-126
  5.1 引言  78-79
  5.2 体系结构的改进  79-82
  5.3 新的多播树管理算法  82-88
  5.4 多播会话管理的改进  88-94
  5.5 数据传输的改进  94-100
  5.6 拥塞控制的改进  100-108
  5.7 系统的模块构成  108-118
  5.8 iPALM系统的性能测试  118-123
  5.9 相关工作  123-125
  5.10 小结  125-126
6 结束语  126-130
  6.1 结论  126-128
  6.2 改进及后续工作  128-130
致谢  130-131
参考文献  131-139
附录随机网络拓扑生成算法  139-141
附录攻读博士学位期间的学术论文  141

基于覆盖网络的应用层多播技术研究

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