多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中P2P流媒體分發(fā)技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)(Wireless Mesh Network)是一種動(dòng)態(tài)自組織自配置的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)的形成Ad hoc網(wǎng)絡(luò)并保持網(wǎng)狀網(wǎng)的連接。這些特點(diǎn)使得無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)具有低成本，易維護(hù)，高健壯性和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)正處于迅速發(fā)展階段，已成為下一代無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)吸引了很多應(yīng)用，如寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)，社區(qū)網(wǎng)絡(luò)，樓宇自動(dòng)化，高速城市網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)等。
　　 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源有限，為提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)和應(yīng)

2、用的服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)和研究人員希望能通過(guò)使用新的技術(shù)來(lái)加速網(wǎng)絡(luò)下載，如采用P2P技術(shù)以支持從多個(gè)擁有文件的源節(jié)點(diǎn)合作進(jìn)行文件傳輸，以提高文件下載速率。雖然在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中已有大量P2P流媒體分發(fā)的研究，但在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，尤其是在多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中，P2P流媒體的研究還非常有限。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不能提供P2P流媒體應(yīng)用的QoS保障，這使得無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的P2P流媒體分發(fā)極具挑戰(zhàn)性。本文圍繞著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中P2P流媒體分發(fā)問(wèn)題展開(kāi)研究，創(chuàng)新性成果主要包含

3、以下幾個(gè)方面：
　　 1)用戶(hù)密度敏感的P2P流媒體速率分配算法
　　 為最大化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)系統(tǒng)的用戶(hù)滿(mǎn)意度，圍繞鏈路速率分配問(wèn)題，本文提出了一個(gè)完全分布式的速率分配算法以高效利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的上傳和下載帶寬?；趯?shí)際部署無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)實(shí)驗(yàn)床的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文設(shè)計(jì)一個(gè)適應(yīng)于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)的高效P2P流媒體分發(fā)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，使用mesh路由器而不是移動(dòng)客戶(hù)端做為peer節(jié)點(diǎn)進(jìn)行P2P流媒體的數(shù)據(jù)交換，每個(gè)移動(dòng)客戶(hù)端節(jié)點(diǎn)通過(guò)mes

4、h路由器節(jié)點(diǎn)下載流媒體數(shù)據(jù)文件。本文將移動(dòng)客戶(hù)端節(jié)點(diǎn)的分布和用戶(hù)密度作為一種重要的指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)最大化的速率分配問(wèn)題。所提出分布式速率分配算法采用了跨層設(shè)計(jì)的思想，使得網(wǎng)絡(luò)層鏈路帶寬需求(連接速率)和物理層鏈路容量達(dá)到供求平衡。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提的速率分配算法的高效性和有效性。
　　 2)干擾感知的P2P流媒體分發(fā)算法
　　 本文提出干擾敏感的P2P流媒體分發(fā)問(wèn)題。該問(wèn)題的目的是在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)干擾存在的情況下，為客戶(hù)

5、peer提供最大的聚合流媒體下載速率，并滿(mǎn)足有限的端到端流媒體下載延時(shí)約束，以獲得最優(yōu)的實(shí)時(shí)流媒體播放性能。本文聯(lián)合應(yīng)用層的peer選擇和網(wǎng)絡(luò)層的路由計(jì)算，設(shè)計(jì)合作P2P流媒體分發(fā)的跨層優(yōu)化算法。將干擾敏感的P2P流媒體分發(fā)問(wèn)題形式化表示為一個(gè)受限約束的最優(yōu)化問(wèn)題，即VMLBDP(Variation of Maximum Length-Bounded Disjoint Path problem)，并證明VMLBDP為NP-complet

6、e問(wèn)題。為保證較低的流媒體傳輸延時(shí)和最大的流媒體下載聚合吞吐量，本文提出一種啟發(fā)式的跨層優(yōu)化算法以最小化網(wǎng)絡(luò)干擾對(duì)流媒體傳輸?shù)挠绊?。該跨層?yōu)化算法通過(guò)迭代求最短路徑的方式來(lái)確定所選擇的serverpeer集合和最短的不相交(disjoint)路徑。仿真實(shí)驗(yàn)表明我們的算法和當(dāng)前其它peer選擇算法相比，更適合在多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中進(jìn)行流媒體分發(fā)。
　　 3)基于分簇P2P的流媒體資源檢索與分發(fā)算法
　　 根據(jù)無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)中

7、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和不同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的特征，本文將多跳無(wú)線(xiàn)mesh網(wǎng)絡(luò)建模成分簇P2P結(jié)構(gòu)。為降低資源發(fā)布的開(kāi)銷(xiāo)，在進(jìn)行資源共享設(shè)計(jì)時(shí)本文利用Bloom filter(布魯姆過(guò)濾器)這種結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為資源表示和消息在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)中傳輸。以布魯姆過(guò)濾器為基礎(chǔ)，提出資源密度敏感的多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)資源檢索和分發(fā)算法，該算法將無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)客戶(hù)端的資源下載請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到擁有資源副本最多的P2P分簇中，利用該分簇的多個(gè)資源副本備份來(lái)提供資源下載服務(wù)，以最大化地

8、降低由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性而產(chǎn)生的資源下載中斷。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所提出的資源檢索和分發(fā)算法可以提供很好的資源下載性能。
　　 4)LRing：一種可靠流媒體分發(fā)結(jié)構(gòu)
　　 高效穩(wěn)定的流媒體分發(fā)服務(wù)主要是基于樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的?；跇?shù)狀拓?fù)淞髅襟w分發(fā)方案的可靠性差且維護(hù)成本較高。而基于網(wǎng)狀拓?fù)涞牧髅襟w分發(fā)方案的分發(fā)效率低下，特別是在節(jié)點(diǎn)抖動(dòng)情況下表現(xiàn)尤為明顯。本文提出一種可靠的流媒體系統(tǒng)的分層環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LRin