一、摘要
论文题目 中文 基于Internet的对等网络流媒体点播系统的研究与实现
英文 Research and Implementation of Internet-based Peer-to-Peer VoD system
摘 要 对等网络是提供互联网范围内大规模视频应用的关键技术，它成功地克服了传统客户机-服务器模式所面临的可扩展性问题。本文研究对等网络技术流博士开题报告媒体点播系统，在线视频应用分为直播和点播两种，在直播系统中，节点之间相互共享数据的可能性要比点播大得多。由于固有的数据分散性，即海量的视频资源以及节点之间观看视频的进度差异很大，在降低服务器压力和保证节点流畅播放方面，点播比直播面临更大的挑战。
对等网络流媒体点播系统从结构上可以分为两个部分，覆盖网构造和流媒体传输调度。其中覆盖网构造关注系统中节点如何发现其它节点的过程，发现感兴趣节点后将建立一个独立于物理网络的逻辑上的覆盖网(overly network)，这个覆盖网中的节点构成了该节点的伙伴节点。流媒体传输调度主要解决节点如何从其它节点以及服务器获取数据的问题，节点一方面从伙伴节点那里获取数据，另一方面为其它伙伴节点提供数据，这些过程都需要高效的算法和机制来完成。本文中提出的覆盖网构造算法以及流媒体调度算法为点播系统中存在的这些问题提供了很好的解决方案。
本文在分析和研究国内外各种基于对等网络直播和点播系统的基础上，通过对等网络与服务器的融合，提出了新的高效的点播算法，为了评价算法的有效性，文中通过仿真与其它著名算法进行了比较，从而证明了本文所提出的算法可以更加有效地构建流媒体点播系统。本文的主要的工作和贡献如下：
1. P2S（Peer-to-Server）与P2P融合，提出了在选片算法中融合P2S和P2P的方法，以支持保证用户服务质量的设计目标。
2. 流媒体调度算法，提出了新的节点选择算法，通过引入“优先级”的指标来从节点服务方的角度选择节点。
3. 覆盖网构造算法，设计出新的基于无结构覆盖网的构造算法，实测数据表明该方法具有很好的稳定性，能够适应对等网络动态性的特征。
4. 大规模系统设计与部署，参与设计并实现了腾讯公司QQLive点播服务的原型系统，该系统目前运行于互联网上，拥有百万级用户同时在线的记录。
本文所做的工作大部分用于实现QQLive产品点播服务的原型系统，该原型系统被设计为一个可以运行在互联网范围内的百万级对等网络流媒体点播系统，经过后期反复地测试和改进，对应于该原型系统的商业实现已经成功地部署在中国互联网上，为数以千万计的用户提供视频点播服务。
关键词 中文 对等网络；视频点播；传输调度；覆盖网
英文 Peer-to-Peer; VoD; streaming scheduling; overly network
二、立题依据
1、研究意义
2、国内外研究现状
3、主要参考文献及出处
1. 研究意义
目前，CDN和P2P被用于不同的领域，CDN主要用于可靠的Web和流媒体内容分发，而P2P则主要用于内容交换。两种技术各有优缺点。CDN具有可靠服务质量保证、高可用性、可管理性和节省网络资源的优势，P2P技术在低成本、高可扩展性、系统级可靠性和支持突发访问能力方面表现卓越。同时他们都存在一些问题，CDN投资成本高、可扩展性差、大文件分发效率低等，P2P服务质量难以保证、网络资源占用量大、存在安全性、版权问题。因此CDN融合P2P存在强大的驱动力，取长补短，使之优势互补。随着以内容为核心的互联网应用的发展，如何实现快速的、有服务质量保证的内容分发成为核心问题。特别是随着网络融合的趋势，不同的终端将通过不同的网络来获取内容和服务，构建一个IP之上的、应用无关的内容承载平台具有重要的意义。
本课题从分析传统P2P和CDN技术的特点以及各自的缺陷和不足出发，基于新兴的P2P技术，研究新型的基于CDN+P2P架构的内容分发服务解决方案，在新的CDN over P2P模式的网络架构的基础上，着力解决大文件下载中源节点选择和片段选择问题，在深入分析现有的源节点选择和片段选择算法的基础上，提出适合本课题特定需求的算法，降低大文件下载的时延和服务器的压力，并通过节点之间的协同合作加快文件转移至P2P用户区进一步降低服务器的压力，使之分配更多的资源用于非热门节目的服务，这样不仅可以减少节点从服务器下载给网络带来的冗余，而且可以避免网络资源的浪费。
2. 国内外研究现状
本课题研究来源于本人所在公司/学校“数字音像内容集成分发平台”。项目针对基于CDN+P2P的内容分发网络进行研究，拟建立一种全新架构的内容分发平台。本课题将P2P和CDN技术进行融合，用于媒体内容管理和分发，具有较大的理论创新和实际应用意义。目前，国内外在CDN+P2P混合结构中节点选择和片段选择方面尚未有大量较深入的研究性论文和相关成果发表。在CDN融合P2P方面，文献[1]中提出一种新的架构，通过消除CDN中心管理服务器，使之分散在网络边缘形成集群来完成内容分发，这样做的缺点在于核心网中流量并未降低，而且由于内容定位得到的边缘服务器很可能不在本地而降低了内容分发的速度和增加了核心网的负载。在文献[2]中，作者主要考虑改造CDN中边缘服务器的结构使在其服务区内形成P2P社区来加速流媒体内容分发，这篇文章把分发化为服务器和P2P分发两个阶段，并在理论上研究了切换的时机，具有一定的理论价值。文献[3]提出了解决资源replica的算法，通过在边缘服务器之间直接交换文件来达到理论上最优的资源replica分布。在节点选择方面，[4]提出了在P2P文件共享系统中节点选择问题，主要是使用机器学习的方法预测和选择最合适的单源节点，有一定的理论价值，不过当下载连接较多时，这种方法的资源消耗量可能会比较大。这方面文献中的方法主要来源于测量和离线数据库，测量的轻量级的方法比较高效一些，本课题倾向于开发基于网络工具的测量方法来感知节点之间的距离，另外因为需要结合CDN+P2P混合结构来做节点选择，传统的拓扑感知节点选择方法还需进一步改进以适应本课题要求。节点选择和片段选择是内容分发网络中的关键性问题，因此，本课题的研究对于正在飞速发展的大规模海量媒体内容分发技术具有较大的指导意义和实际推广应用价值。
3. 主要参考文献及出处
[1] A Distributed Multimedia CDN Model with P2P, Guomin, Zhang; Changyou, Xing; Ming, Chen; Communications and Information Technologies, 2006. ISCIT '06. International Symposium on Oct. 18 2006-Sept. 20 2006 Page(s):152 - 156 Digital Object Identifier 10.1109/ISCIT.2006.339906
[2] Hefeeda,Mohamed M.;Bhargav,Bharat K.;Yau,David K.Y..A hybrid architecture for cost-effective on-demand media streaming.Computer Networks,v 44,n 3,Feb 20,2004, p 353-382
[3] Distributed replica placement algorithms for peer-to-peer content distribution networks, Wauters, T.; Coppens, J.; Lambrecht, T.; Dhoedt, B.; Demeester, P.; Euromicro Conference, 2003. Proceedings. 29th 1-6 Sept. 2003 Page(s):181 – 188
[4] Bernstein, D. S., Feng, Z., Levine, B. N., and Zilberstein, S. Adaptive peer selection. In Proc. 2nd IPTPS (2003).
[5] A resource-trading mechanism for efficient distribution of large-volume contents on peer-to-peer networks, Koo, S.G.M.; Lee, C.S.G.; Karthik Kannan; Computer Communications and Networks, 2005. ICCCN 2005. Proceedings. 14th International Conference on 17-19 Oct. 2005 Page(s):428-433 Digital Object Identifier 10.1109/ICCCN.2005.1523902
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