基于网络编码的P2P点播系统研究

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视频点播(VOD)是流媒体的应用系统,它改变了传统的用户被动接受的方式,而代以交互的方式,具有更为广阔的应用前景。在传统的基于C/S模式的视频点播系统中,服务器端的带宽往往成为限制系统服务能力的瓶颈,通过IP多播、设置代理服务器或内容分布网络CDN,都不能很好地解决这个问题。为了解决这个难题,P2P技术得到了广泛的应用,出现了基于P2P的视频点播播放系统。其中每个节点既是服务的消费者也是提供者,克服了传统的C/S模式在大量用户接入时存在的服务器瓶颈的问题。   网络编码(NC)是指中间节点对数据包进行编码后再转发,目的节点通过解码得到最初的数据信息。网络编码技术和现在逐渐发展成熟的流媒体技术结合,可用来有效解决P2P视频点播中的问题。网络编码增加了每次转发的信息量,减少了对带宽资源的消耗;网络编码提高了网络的稳定性,可以有效地消除节点大量离开系统的影响。   本文首先介绍了P2P技术的特点及应用,分析了目前几种比较典型的P2P流媒体系统模型,包括PeerCast模型,Zig-Zag模型,SplitStream模型,P2VOD模型,P2Cast模型和基于Gossip协议的模型,发现这些模型的共同特征都是在网络带宽利用率、延迟和可靠性之间做出权衡。在充分掌握了网络编码的基本理论知识后,对随机网络编码进行了研究,针对网络节点如何进行编码/解码,编码包如何同步等问题进行了深入讨论。概括介绍了现有P2P流媒体中的数据调度算法,通过分析现有基于网络编码的数据调度算法在发挥网络编码优势和数据解码实时性上的不足,研究了基于网络编码的调度算法出现这些情况的本质原因,进而提出了一种新的基于网络编码的调度算法(ADNC),并通过理论分析和仿真讨论了所提出算法的性能。最后在深入分析了基于树状拓扑协议及扩展的流媒体模型和基于Gossip协议的流媒体模型的基础上,设计了一个三层结构的基于网络编码的视频点播系统NCVOD,详细介绍了各层的系统框架和每部分的功能,并说明了整个点播系统的构建流程,最后在OPNET仿真平台上,完成了对NCVOD的仿真实现。  
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