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对等网络流媒体数据协作传输研究

作　者: 郑小乐
导　师: 郑烇
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 网络传播系统与控制
关键词: 流媒体对等网络协作传输吞吐量连续性指标启动延迟
分类号: TN919.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 88次
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内容摘要

随着多媒体技术、网络技术和计算机技术的不断进步,流媒体服务的研究和应用取得了迅速发展,已经成为互联网上最重要、最具活力的应用之一。由于流媒体数据数据量大、实时性高、服务质量要求严格等特点,传统的互联网业务传输模式面临着极大的挑战。对等网络由于其优越的可扩展性和低成本、易部署等优势,成为解决在互联网上传输流媒体业务的最重要的技术途径之一。本文就对等网络流媒体协作传输问题展开研究,目的在于提高系统的吞吐量和流媒体的视频服务质量。本文的主要工作包括:首先,概括了对等网络流媒体数据协作传输问题。该问题分为两个主要的子问题,第一个问题是建立和维护对等网络,第二个是设计合适的流媒体数据调度算法;此外,本文定义了衡量对等网络流媒体协作传输性能的技术指标:节点吞吐量、节点连续性指标和系统的启动延迟,并给出了对等网络流媒体协作传输的数学模型。其次,本文将对等网络流媒体传输分为两种情况,单流情况和多流情况。针对单流情况,根据数据块播放时的紧急程度和在邻居节点中缓存的情况,本文定义了流媒体数据块传输时的优先级,根据优先级的大小决定数据块的请求顺序;针对对等网络传输时网络状况的估计,本文提出了等比级数的网络带宽估计方法。结合数据块优先级和等比级数带宽估计方法,设计了在单流情况下基于综合因素的对等网络流媒体数据协作传输算法,并通过实验分析了该算法的性能。结果表明,基于综合因素的对等网络流媒体数据协作传输算法比传统的算法更能提高节点的平均吞吐量,连续性指标和系统的启动延迟。针对在理论上广泛研究和实践中广泛应用的基于网络编码理论形成的多个媒体流的数据协作传输,本文提出了适合单层编码方式、分层编码方式和多描述编码方式的多媒体流数据协作传输模型。在多媒体流对等网络的构建方面,提出了虚拟邻居节点的概念,并按照节点缓存的媒体流的多少来决定邻居节点的选择;在邻居关系的维护上,研究了一种漏斗算法;在多媒体流的数据协作传输方面,推广了单流情况的算法,节点之间数据的可用信息维护在一个二维的媒体流缓存映像中,通过对每个媒体流定义不同的权重,将单层编码方式、分层编码方式和多描述编码方式产生的多媒体流的协作传输统一起来。在此基础上,按照媒体流的重要性和数据块播放时的紧急程度,设计了综合这两种因素的轮询调度算法。通过实验分析了该算法在分层编码情况下和多描述编码情况下节点吞吐量和连续性指标的性能。实验表明考虑综合因素的多媒体流协作传输算法能明显提高节点的吞吐量和连续性指标。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-20
  1.1 研究背景与意义  12-14
  1.2 流媒体传输的特点  14-15
  1.3 流媒体传输的主要问题  15-17
  1.4 本文研究的主要内容  17
  1.5 论文结构  17-20
第2章流媒体协作传输相关研究  20-34
  2.1 传统的流媒体传输策略  20-21
    2.1.1 客户端-服务器模式  20
    2.1.2 IP组播  20-21
  2.2 内容分发网络与媒体分发网络  21-23
  2.3 应用层组播  23-25
    2.3.1 树状应用层组播  23-24
    2.3.2 网状应用层组播  24-25
  2.4 对等网络流媒体  25-30
    2.4.1 对等网络流媒体直播研究  26-27
    2.4.2 对等网络流媒体点播研究  27-30
  2.5 现有的对等网络流媒体数据协作传输算法  30-32
  2.6 本章小结  32-34
第3章对等网络流媒体数据协作传输问题  34-42
  3.1 对等网络的构建  34
  3.2 媒体资源的定位  34-36
    3.2.1 媒体数据的表示  34-35
    3.2.2 流媒体数据可用信息的发现和定位  35-36
  3.3 衡量对等网络流媒体数据协作传输的性能指标  36-38
    3.3.1 节点的吞吐量  36
    3.3.2 系统连续性指标  36-37
    3.3.3 系统的启动延迟  37-38
  3.4 对等网络流媒体数据的调度  38-39
  3.5 对等网络流媒体数据协作传输的数学模型  39-40
  3.6 本章小结  40-42
第4章基于综合因素的对等网络流媒体数据协作传输算法  42-54
  4.1 算法设计的思想和出发点  42-45
    4.1.1 对等网络的构建和节点的直连策略  42-44
    4.1.2 数据块大小的选择  44
    4.1.3 数据块优先级定义  44-45
  4.2 邻居节点带宽的估计  45-46
  4.3 CFB算法的伪代码描述  46-47
  4.4 实验结果和性能分析  47-51
    4.4.1 参数α的确定  48
    4.4.2 CFB算法在节点吞吐量方面同传统算法的比较  48-49
    4.4.3 CFB算法在系统连续性指标方面同传统算法的比较  49-50
    4.4.4 CFB算法在启动延迟方面同传统算法的比较  50-51
    4.4.5 CFB算法中估计带宽的方法与取均值的方法比较  51
  4.5 本章小结  51-54
第5章多个媒体流的数据协作传输  54-70
  5.1 研究背景及出发点  54
  5.2 多个媒体流网络的构建和维护  54-57
    5.2.1 多个媒体流网络的构建  54-55
    5.2.2 多个媒体流覆盖网络的维护  55-56
    5.2.3 邻居节点的选择  56
    5.2.4 邻居关系的维护  56-57
  5.3 多个媒体流数据协作传输的数学模型  57-58
  5.4 视频编码方式及其媒体流的权重  58-59
    5.4.1 单层编码方式  58-59
    5.4.2 分层编码方式  59
    5.4.3 多描述编码方式  59
  5.5 多媒体流的数据协作传输  59-61
    5.5.1 媒体流的选择  59-60
    5.5.2 数据块的选择  60-61
  5.6 实验结果及分析  61-68
    5.6.1 实验环境及参数的设置  61-62
    5.6.2 实验结果及其分析  62-68
  5.7 本章小结  68-70
第6章总结与展望  70-72
  6.1 总结  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间参加的科研课题  79
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果  79

对等网络流媒体数据协作传输研究

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