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面向同步视频组播的融合网关的机制及技术的研究

作　者: 占志峰
导　师: 鲁东明; 邢卫
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 异质融合网延时及延时变化约束组播路由多核心组播树延时变化窗口分布式组播 Steiner树 mice流传输机制
分类号: TP393.03
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

因为一对多的通信模式和对网络资源的高效利用,组播技术受到越来越多的应用的青睐。随着融合网络的出现和日益广泛部署,无时无处不在的网络使得视频会议、股票在线系统、在线游戏、在线电子商务和数据库同步等应用能够跨越网络的限制、终端的限制、空间的限制来为用户提供服务。新一代网络以多种异质网络的融合为最显著特征,并以提供全IP的网络做为目标。在这样一个新一代网络环境中,提供组播应用服务,需要从网络环境和组播应用服务两个层面去分析研究。首先,为了解决在具有延时及延时变化约束组播树的构建问题中存在的算法实用性差、复杂度高和重构代价大等问题,本文提出基于扁平多核心树结构的、采用基于延时变化过滤窗口的多核心节点选取机制的组播树快速构建算法。该算法极大拓展了初始组播树的寻解空间,且总能够找到具有最严格的延时变化约束的目标树。理论上本文提出的算法在时间复杂度上与该项性能最好的延时及延时变化约束算法相同。模拟实验中在相同的延时及延时变化约束条件下构建大规模组播树,该算法相比延时及延时变化约束算法最多能够节省60%的执行时间。模拟实验还表明相比到目前为止延时变化约束性能最好的链式算法,该算法能够获得最紧密的延时变化约束性能。其次,随着互联网的发展,特别是移动互联网的发展,使得无时无处不在的组播服务成为人们关注的热点。支持这些服务最重要的组播路由算法的鲁棒特性成为组播服务系统的核心关键点,也是算法走向应用的最重要环节。播树的恢复机制在组播树异常失效情形下(如路径失效、节点失效等)发挥作用的。组播树的前摄式恢复技术采用备份策略,包含链路、路径和树等三个级别的备份。如何从初始组播树的构建过程中就为组播树的恢复埋下伏笔,并实施各种恢复策略,使得组播树构建算法具有最优的鲁棒特性成为一个重要研究内容。同时,架构于多种接入网络之上的组播应用服务,从服务运营商的角度而言,需要数据传输路径的代价决定着他们运营的成本,特别是针对那些需要长时间进行数据传输的应用而言,这种以寻找到代价最低的路径作为组播树的传输路径,成为运营商首要考虑的问题。Steiner树作为组播的经典NP问题,无法在多项式时间内找到最优解。本文提出基于多核心树拓扑结构的启发式算法能够在多项式时间复杂度下求得全局最优解；同时算法具有可分解、可并发、可异步计算的特性；算法通过延时变化约束候选窗口来减少运算量,从而实现算法在求解过程中的快速收敛过程。最后,无时无处不在的下一代无线网络受终端及网络链路的限制,频繁的通信将仍以mice流为主;mice流的持续时间是影响应用程序性能的重要因素。mice流持续时间长的本质原因是基于ACK响应的发送节奏较慢,基于窗口的发送策略较保守。本文提出一种基于延时和窗口的mice流快节奏发送机制(FP-TCP):基于数据包的传输延时选择紧凑的发送节奏,根据当前拥塞窗口的大小及发送批次决定当前发送速率,通过测量mice流中所有数据包的往返时间来获取更加确切的网络拥塞状态及超时重传时间。模拟实验中与改进的TCP版本比较表明：在网络非拥塞情形下,丢包率基本维持不变,FP-TCP最多缩短22%左右的mice流持续时间,并且对其它流的持续时间影响不明显；在网络拥塞情形下,丢包率略微增大的同时mice流的持续时间明显缩短。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
图目录  13-14
表目录  14-15
第1章绪论  15-30
  1.1 研究背景和意义  15-22
  1.2 论文的主要研究内容  22-27
  1.3 论文的主要创新点  27-29
  1.4 论文的组织方式  29-30
第2章国内外相关研究现状  30-55
  2.1 引言  30
  2.2 集中式组播算法综述  30-35
    2.2.1 DVBMR问题  31-32
    2.2.2 DVBMT算法  32-35
  2.3 分布式组播路由算法综述  35-42
    2.3.1 分布式算法基础  35-39
    2.3.2 分布式Steiner树算法  39-42
  2.4 拓扑结构发现技术  42-48
    2.4.1 有限泛洪技术  44-48
  2.5 Steiner组播树算法综述  48-51
    2.5.1 经典Steiner树问题的算法  48-49
    2.5.2 延时约束条件下的Steiner树问题的算法  49-51
  2.6 具有鲁棒性组播树算法综述  51-52
  2.7 快节奏发送机制综述  52-55
    2.7.1 mice流的特性及定义  52
    2.7.2 mice流的性能改进技术  52-55
第3章集中式延时变化紧密的多核心组播树快速构建算法  55-70
  3.1 引言  55-57
  3.2 问题描述  57-59
    3.2.1 延时及延时变化约束条件  57
    3.2.2 寻解空间有限的问题  57-58
    3.2.3 目标树的拓扑结构的问题  58
    3.2.4 多核心的选取机制  58-59
  3.3 算法核心思想  59-61
    3.3.1 多核心选取机制  59-60
    3.3.2 寻解空间分析  60-61
  3.4 算法设计及描述  61-62
  3.5 DVBrnCBT的算法时间复杂度分析  62-64
  3.6 模拟实验及分析  64-68
  3.7 本章小结  68-70
第4章鲁棒性增强的延时变化紧密的多核心组播树分布式构建算法  70-94
  4.1 引言  70-71
  4.2 问题描述  71-74
    4.2.1 局部网络拓扑结构的发现  71-72
    4.2.2 满足延时及延时变化约束的鲁棒性最优树  72-73
    4.2.3 鲁棒性增强的核心节点选取问题  73-74
    4.2.4 节点加入组播组  74
    4.2.5 节点离开组播组  74
  4.3 算法核心思想  74-82
    4.3.1 延时变化最低窗口算法思路  75
    4.3.2 鲁棒性增强的核心节点选取算法思路  75-82
  4.4 算法设计及描述  82-89
    4.4.1 网络量化描述  82-84
    4.4.2 核心算法描述  84-86
    4.4.3 核心节点选取算法描述  86-89
  4.5 实验分析  89-93
  4.6 本章小结  93
  附录A  93-94
第5章分布式延时变化紧密的多核心Steiner树快速构建算法  94-113
  5.1 引言  94-95
  5.2 问题描述  95-97
    5.2.1 分布式算法设计  95-96
    5.2.2 全局网络拓扑结构的发现  96
    5.2.3 满足延时及延时变化约束的Steiner树  96-97
  5.3 算法分布式框架分析  97
  5.4 算法设计及描述  97-105
    5.4.1 网络量化描述  97-98
    5.4.2 核心思想描述  98-99
    5.4.3 分布式候选路径计算  99-100
    5.4.4 集中式候选延时变化窗口选取机制  100-102
    5.4.5 分布式Steiner树输出机制  102-105
  5.5 算法特性分析  105-106
    5.5.1 算法部署优势  105-106
    5.5.2 分布式算法的异步计算问题  106
  5.6 实验分析  106-112
  5.7 本章小结  112-113
第6章延时敏感的组播控制流的新型发送控制机制的设计  113-134
  6.1 引言  113-115
  6.2 mice流在慢启动阶段的性能分析  115-117
  6.3 延时敏感的快节奏发送机制  117-126
    6.3.1 数据包往返时间模型  117-119
    6.3.2 发送间隔时间  119-121
    6.3.3 数据包发送策略  121-122
    6.3.4 丢包处理机制  122-123
    6.3.5 FP-TCP算法描述  123-126
  6.4 实验分析及结论  126-133
  6.5 本章小结  133-134
第7章总结与展望  134-136
参考文献  136-147
攻读博士学位期间的科研成果  147-148
  论文发表  147
  参与科研项目  147-148
致谢  148

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