基于WMN的P2P流媒體組播若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，流媒體業(yè)務(wù)逐漸增多。視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程會議、遠(yuǎn)程教育已成為互聯(lián)網(wǎng)的熱門應(yīng)用。P2P（Peer to Peer,對等端到對等端）技術(shù)的產(chǎn)生使互聯(lián)網(wǎng)的工作模式從以客戶端/服務(wù)器為代表的集中式走向了分布式，為流媒體應(yīng)用帶來了新的發(fā)展空間。與此同時(shí)，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless MeshNetworks，WMN)和移動(dòng)通信設(shè)備的飛速發(fā)展使得人們對P2P流媒體業(yè)務(wù)的需求由有線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移到了無線網(wǎng)絡(luò)。這種用戶需求推動(dòng)了基

2、于WMN的P2P流媒體技術(shù)的發(fā)展，而WMN的廣泛應(yīng)用前景也吸引了P2P流媒體技術(shù)向無線網(wǎng)絡(luò)的移植。
　　基于WMN的P2P流媒體系統(tǒng)是P2P流媒體在WMN支撐下的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)，由于WMN網(wǎng)絡(luò)的特殊性，P2P技術(shù)在WMN中面臨著許多挑戰(zhàn)與問題。例如，由于無線網(wǎng)絡(luò)終端種類繁多造成的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性問題、P2P覆蓋層網(wǎng)絡(luò)與底層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳黄ヅ鋯栴}、無線網(wǎng)絡(luò)鏈路干擾問題、無線頻譜資源有限問題和缺少系統(tǒng)級實(shí)驗(yàn)平臺的問題。
　　針對上述研究背景

3、和P2P流媒體技術(shù)在WMN環(huán)境中遇到的問題，本論文在傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)P2P流媒體組播技術(shù)的基礎(chǔ)上，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對WMN中的P2P流媒體組播技術(shù)進(jìn)行了研究。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　(1)針對覆蓋層網(wǎng)絡(luò)與底層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳黄ヅ鋯栴}和無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性問題，提出了一種無線網(wǎng)絡(luò)通用的應(yīng)用層組播成員管理協(xié)議。該協(xié)議通過采用“閑談”機(jī)制、局部概率擇優(yōu)策略和去中心化管理策略，構(gòu)造了一個(gè)穩(wěn)定的、無標(biāo)度的覆蓋層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了組播組成

4、員的動(dòng)態(tài)加入與退出管理?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對所提協(xié)議進(jìn)行的數(shù)學(xué)分析證明了其構(gòu)造的覆蓋層網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的。仿真結(jié)果表明，所提出的協(xié)議在一定程度上能緩解拓?fù)洳黄ヅ鋯栴}，而且比已有的協(xié)議模型更能適應(yīng)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
　　(2)針對無線鏈路干擾問題，提出了一種低代價(jià)最少中繼樹組播路由算法。該算法由組播樹構(gòu)造算法和信道分配算法兩部分組成。組播樹構(gòu)造算法在保證中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目最少的同時(shí)盡量選擇低代價(jià)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而充分利用無線鏈路的一跳廣播屬性

5、并且降低了端到端時(shí)延。信道分配算法通過擴(kuò)大干擾優(yōu)化范圍、引入更精確的衡量干擾的參數(shù)，優(yōu)化了已有的信道分配算法，從而減少了鏈路干擾。算法分析和仿真結(jié)果表明，所提出的低代價(jià)最少中繼樹組播路由算法降低了已有組播樹算法的時(shí)間復(fù)雜度和組播樹代價(jià)，減少了用戶時(shí)延，提高了系統(tǒng)吞吐量。
　　(3)針對無線頻譜資源有限和客戶端資源受限問題，提出了一種基于SNR（Signal Noise Ratio，信噪比）反饋的多信道組播調(diào)度機(jī)制。該機(jī)制通過SNR

6、反饋判斷信道容量的大小，采用將優(yōu)先級較高的數(shù)據(jù)塊放在信道容量較大的信道上進(jìn)行傳輸?shù)牟呗?，減小了流媒體啟動(dòng)時(shí)延和下載時(shí)間，提高了信道利用率。仿真結(jié)果表明，所提出的調(diào)度機(jī)制與原有調(diào)度機(jī)制相比，在用戶時(shí)延、下載時(shí)間和帶寬利用率方面的性能都有所提高，但其耗費(fèi)的緩存空間略大于原有調(diào)度機(jī)制。經(jīng)分析，在硬件技術(shù)日趨發(fā)達(dá)的今天，存儲空間的獲取對用戶來講并不困難。而在存儲空間充足的條件下，用戶對時(shí)間的敏感度明顯高于對空間的敏感度，因此用少量空間換取時(shí)間的

7、做法是可取的。
　　(4)針對缺少系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的問題，實(shí)際搭建了基于WMN的P2P流媒體系統(tǒng)。為了客觀和精確地評估WMN中的P2P流媒體性能，啟發(fā)與流媒體性能相關(guān)的下一步研究，在搭建的系統(tǒng)平臺上通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的方式測試了流媒體編解碼方式、編碼速率、P2P方式的采用與否、跳數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)五個(gè)因素對流媒體性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，編碼方式、編碼速率和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠际怯绊懸曨l質(zhì)量的重要因素;跳數(shù)與視頻質(zhì)量沒有必然的聯(lián)系;P2P技術(shù)與WMN結(jié)