现如今，视频直播系统、点播系统等已经成为当今互联网中最为重要的“杀手级”应用。而伴随着网络用户规模的增加导致视频服务器的带宽消耗也在激增，基于客户机/服务器（C/S）模式的流媒体系统虽然易于集中化管理但流媒体服务器的带宽消耗巨大，导致系统扩展性较差。近年来，基于Peer-to-Peer（P2P）技术的流媒体分发系统大量涌现出来，这类系统在应用层把用户节点组织成一个独立于底层物理网络结构的重叠网络（Overlay Network），视频流数据的分发则依照该重叠网构成的拓扑实现。P2P流媒体系统以其具有良好的可扩展性、较高的带宽利用率、较低的服务器带宽开销等优势，已被大量互联网流媒体服务提供商广泛采用。但不可否认的是目前的P2P流媒体解决方案距离理想的系统仍有一定距离。由于系统中的节点存在较强的异构性和动态性特征，使得节点所能够提供的服务能力存在较大的不确定性。特别是从2010年以来，移动互联网技术的发展使得节点异构性和多样性更为突出。但视频流媒体应用对网络的带宽、获取数据的延迟等有严格的要求，因此采用P2P技术的视频流媒体分发面临很多挑战，包括系统中节点的负载均衡问题、视频内容的高效查找定位问题、如何改善用户播放质量的问题以及在满足用户需求前提下进一步降低视频服务器带宽开销等问题。针对这些与P2P流媒体系统服务能力相关的关键问题，本文重点在如下四个方面展开了系统研究：1. P2P流媒体系统中面向负载均衡的带宽请求分配策略研究。由于节点在缓存视频数据的多寡及视频播放位置存在着较大的差异，容易使得节点带宽资源负载的不均衡。该情况在重叠网络中多处出现则会导致大量视频流的正常分发受到限制，进而直接影响到用户的服务质量（Quality of Service, QoS）。本文通过建立非协作博弈模型，对多个节点向邻居节点请求视频流的行为进行分析。本文通过寻求该博弈模型的Nash均衡解的方法得到节点优化的带宽请求分配策略。另外，基于该均衡解提出了一种易部署的分布式带宽请求分配策略。通过实验表明该策略能有效避免P2P流媒体网络中过载节点的形成并降低节点获取所需视频数据的延迟，达到改善P2P流媒体服务能力的目的。2. P2P直播系统中视频数据资源的高效查找策略研究。视频流应用属于一种对延迟敏感的网络应用，因此保证P2P流媒体系统的服务能力需要有效的提高用户查找和定位视频数据资源的能力。本文提出了一种基于单跳的分布式哈希表（Distribtued Hash Table，DHT）的视频数据查找策略-StreamDHT。为保证节点进入/退出的事件消息能正确高效地通告给StreamDHT结构中的各个节点，StreamDHT采用了一种改进的事件分发机制EDRA+。更重要的，为了保证视频数据的查找定位成功率，同时有效控制StreamDHT结构维护视频数据对应的索引产生的流量开销。本文提出了一种新的分布式索引映射管理机制。通过理论分析和系统实验表明StreamDHT结构能够有效提高视频数据的查找定位效率，并具有较低的维护开销。3. P2P直播系统中改善用户视频播放质量的研究。在节点带宽资源异构性和动态性都较突出的P2P系统中实现高质量的流畅的视频分发存在诸多挑战。本文在“网状”结构与DHT混合的重叠网络之上提出了一种新的P2P直播系统架构。根据当前系统中节点对视频重定位的需求以及节点的在线时间优选出部分能提供稳定视频服务的超级节点（Super Peer）构成单跳StreamDHT结构，其余节点通过自组织的方式同时构成一个“网状”重叠网。基于这种混合重叠网络结构，本文继续提出了一种基于视频数据调度和DHT重定位相结合的数据获取策略，该策略能够使节点根据视频帧数据的紧迫性和解码重要性选择不同的策略进行获取。其目的是在节点播放位置到达之前尽可能避免由于视频帧数据无法获取导致的播放质量受损。通过理论分析和大量实验表明本文提出的视频流媒体分发架构能够在不显著提高系统额外开销的基础上有效的提升节点的视频播放质量。4. P2P分层视频点播系统中优化的邻居选择及带宽资源分配策略研究。结合了分层视频编解码技术与P2P技术的分层P2P点播系统能适应不同带宽资源的用户对不同的视频质量的差异化点播需求。但P2P点播系统中节点进入系统的时间点以及观看视频的位置都存在较大的差异，若邻居关系建立及节点间带宽资源分配的不合理很容易导致视频服务器带宽开销严重。本文建立了一个优化的视频服务器的带宽资源开销模型，通过求解该优化模型能够得到服务器开销的理论最优值。另外，本文提出了一种基于在线时间相似性的邻居优选策略以及同视频层/跨视频层的带宽资源分配策略，该策略易于在实际系统中部署。通过仿真实验表明，相比于已有研究工作本文将所提出的邻居选择及带宽分配策略能在满足用户视频点播需求的基础上实现更低的服务器带宽开销，降低视频内容服务提供商的运营成本。