P2P系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸策略研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、自二十世紀(jì)九十年代互聯(lián)網(wǎng)向公眾開(kāi)放以來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展日新月異，各種新的系統(tǒng)層出不窮。因特網(wǎng)(Internet)的結(jié)構(gòu)隨著上層應(yīng)用程序?qū)W(wǎng)絡(luò)需求的變化，經(jīng)歷了從對(duì)等網(wǎng)絡(luò)模式(Peer-to-Peer or P2P)向客戶端/服務(wù)器模式(Client/Server)，再返回到P2P模式的發(fā)展歷程。隨著計(jì)算機(jī)終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的快速發(fā)展，伴隨網(wǎng)絡(luò)處理和傳輸數(shù)據(jù)能力的提升，P2P系統(tǒng)的應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛，這其中就包括了文件共享系統(tǒng)，視頻點(diǎn)播系統(tǒng)

2、，以及實(shí)時(shí)語(yǔ)音和視頻電話系統(tǒng)等。 然而，最近幾年P(guān)2P應(yīng)用程序的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了網(wǎng)絡(luò)傳輸能力和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的發(fā)展速度，造成網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)重?fù)砣?。由于IPv4沒(méi)有提供數(shù)據(jù)的分級(jí)傳輸機(jī)制，而能提供分級(jí)傳輸機(jī)制的IPv6協(xié)議又遲遲無(wú)法推廣，造成P2P數(shù)據(jù)流占用了絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)帶寬，嚴(yán)重影響到其它網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的性能。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商花費(fèi)重金擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量也無(wú)法滿足龐大的用戶需求，因此只好使用多種手段限制、甚至阻斷P2P應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，隨著各種無(wú)

3、線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的P2P系統(tǒng)開(kāi)始嘗試部署于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所能提供的數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及有線網(wǎng)絡(luò)，這更加重了大規(guī)模P2P系統(tǒng)的部署難度。本文提出一系列平衡網(wǎng)絡(luò)流量，緩解矛盾的方法，以應(yīng)對(duì)P2P應(yīng)用系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不平衡所帶來(lái)的矛盾。在當(dāng)前P2P系統(tǒng)的無(wú)線化大背景下，本文著重研究WiMAX、Wi-Fi、3G等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在AnyServer平臺(tái)的支持下，提出了在這些網(wǎng)絡(luò)上高效部署P2P文件共享系統(tǒng)和視頻電話系統(tǒng)

4、的方法。 本文的主要內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)如下： 首先，本文提出了一種在包含有線結(jié)點(diǎn)和無(wú)線結(jié)點(diǎn)的混合P2P文件共享系統(tǒng)下，保護(hù)無(wú)線結(jié)點(diǎn)能量，以延長(zhǎng)其服務(wù)時(shí)間的方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，在擁有較大數(shù)量無(wú)線結(jié)點(diǎn)的P2P文件共享系統(tǒng)中，如果不考慮無(wú)線結(jié)點(diǎn)的能量和通信能力，會(huì)導(dǎo)致無(wú)線結(jié)點(diǎn)過(guò)早能量耗盡，令系統(tǒng)中結(jié)點(diǎn)數(shù)量顯著減少，從而反過(guò)來(lái)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的覆蓋率和文件共享功能的效率。實(shí)驗(yàn)證明，在80％的結(jié)點(diǎn)是無(wú)線結(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)中，我們的資源結(jié)點(diǎn)選擇算

5、法可以使無(wú)線結(jié)點(diǎn)的失效率降低50％以上，并令資源文件傳輸總時(shí)間降低超過(guò)50％，從而有效改善混合P2P網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線結(jié)點(diǎn)的生存環(huán)境。 第二，本文提出了一個(gè)基于WiMAX和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的P2P文件共享系統(tǒng)的應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化模型?？紤]到無(wú)線城域網(wǎng)WiMAX即將產(chǎn)品化，如果能充分利用成熟的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)Wi-Fi的特性，城際無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)擁有廣闊的應(yīng)用前景。在這樣的混合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，如果不考慮無(wú)線網(wǎng)絡(luò)空中接口資源緊張的特點(diǎn)，隨

6、意搭建應(yīng)用層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，會(huì)導(dǎo)致大量寶貴帶寬被浪費(fèi)。因此本文提出層次化P2P共享系統(tǒng)，根據(jù)WiMAX Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在WiMAX基站骨干網(wǎng)絡(luò)層和客戶站所組成的Mesh網(wǎng)絡(luò)層中建立層次化分布式查找結(jié)構(gòu)。模擬實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于擁有率超過(guò)2.5％的資源，本文提出的查找算法在本地Mesh網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)該資源的概率超過(guò)90％，從而有效節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)空中接口資源，提高了資源查找效率。 第三，本文提出了一個(gè)基于會(huì)話初始化協(xié)議(Session Initia

7、tion Protocol or SIP)的自適應(yīng)視頻IP電話(Voice and Video over IP or VVoIP)系統(tǒng)。由于IPv4網(wǎng)絡(luò)中地址不足，且網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題比較突出，目前網(wǎng)絡(luò)中大量部署了防火墻和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器(Network Address Translator or NAT)，由于SIP/SDP協(xié)議族對(duì)NAT穿越方面沒(méi)有作具體規(guī)定，使得兩個(gè)VVoIP客戶端實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)傳輸會(huì)遇到問(wèn)題。ICE(Interactive

8、Connectivity Establishment)協(xié)議的出現(xiàn)填補(bǔ)了NAT穿透的空白，但就VVoIP應(yīng)用來(lái)說(shuō)，ICE顯得比較復(fù)雜，所消耗的資源也較大。而本文提出的基于AnyServer平臺(tái)的自適應(yīng)SIP VVoIP系統(tǒng)能夠保證VVoIP客戶端之間的P2P實(shí)時(shí)通信。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)能夠減輕流媒體服務(wù)器的壓力，降低實(shí)時(shí)會(huì)話的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。 第四，本文提出了一組基于SIP的VVoIP系統(tǒng)中音頻／視頻數(shù)據(jù)的協(xié)作傳輸算法。音頻電話VoIP向

9、視頻電話VVoIP的轉(zhuǎn)變，大大縮短了人與人之間的空間距離。然而，VVoIP中視頻流數(shù)據(jù)的規(guī)模遠(yuǎn)大于音頻流數(shù)據(jù)，無(wú)序的視頻／音頻流傳輸會(huì)使得VVoIP客戶端的話音效果受到較大影響，尤其是在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備上運(yùn)行的VVoIP客戶端上，話音質(zhì)量的下降現(xiàn)象尤為明顯。本文提出了一組協(xié)作傳輸算法(Voice and Video Transmission Strategies or VVTS)，能夠有效減小數(shù)據(jù)傳輸速率的波動(dòng)，在盡量不降低視頻質(zhì)量的前