基于应用层技术的视频组播系统研究与实现

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1、第一章绪论1．1课题研究背景网络应用的需求是推动网络技术发展的主要动力，TCP／IP的发展、WWW的诞生，都印证了这个道理。随着Internet的不断发展，网络用户的大量增加，各种多媒体业务的大量应用以及越来越多的新兴业务的涌现，例如视频点播、电视电话会议、远程教学等，导致传统的点到点的单播通信方式由于其严重的带宽浪费和效率低下己经不能适应这些要求了。于是人们提出了组播的概念。网络层组播由路由器来构造组播转发树，当数据包从树的根节点即数据源发出后，数据包沿着转发树在不同的结点路由器上进行分发，最后到达每个接收终端。由于能有效地减少数据包的复制，网络层组播一直以来被认为是最有效的一

2、种用来实现数据分发的方法，虽然对网络层组播的研究一直都在进行，但是由于其本身所带来的缺点，使得网络层组播至今并没有能够得到广泛的应用。网络层组播的主要问题有：网络层组播体系结构缺乏可扩展性。路由器需要为每个活动的组维护路由状态信息，而且这些组播地址不能聚合，网络中大量的活动组将需要路由器巨大的存储和处理开销。此外，组播组成员的动态使网络必须动态维护路由状态，增加了组播路由器的处理开销。开放的网络层组播模型在开放的因特网环境中难以支持有效的管理和控制机制。标准的网络层组播业务模型是一种开放模型，任何节点都可以创建组，可以向组发送数据，节点可以加入任何感兴趣的组接收数据，发送节点不知

3、道具体的单个接收节点，接收节点也不需要知道发送数据的节点。在这种模型下，接入控制、组管理、组地址的协调机制一直没有有效的解决方案．网络层组播还没有清晰的商业费用模型，网络运营商之间有不同的利益取向。目前骨干网运营商以带宽使用获得收益，对承载的是IP单播业务还是IP组播业务没有必要区分，也就没有动力在路由器中增加对网络层组播的支持。当前，应用层组播的研究还处于起步阶段。目前的各种应用层组播体系结构是某种应用的解决方案，这些体系结构支持的应用不同，组网协议的性能侧重点也有所不同。所以本文对应用层组播进行深入研究，并结合本人的实际情况，利用应用层组播技术实现单源多点视频组播系统，该系统

4、具有教高的理论价值和实用意义。1．2国内外研究现状应用层组播的研究现在已经是下一代互连网络研究中的热点话题之一，许多研究机构都提出了自己的应用层组播协议。2000年，Y．Chu等人提出基于Narada协议的ESM(EndSystemMulticast)。Jannotti提出Overcast，它通过尽量将新加入的成员放到远离根的位置上，最大化发送者到接收者之间链路的带宽，提供了一种可靠的，可扩展的组播系统，适合于对带宽要求较高的应用。YatinDilipChawathe在他的博士论文中提出Scattercast系统，提出了基于服务器和客户端两层结构的应用层组播系统。2002年，Di

5、mitriOS等人提出一种集中式应用层组播架构ALMI(Applicati019LevelMulticastInfrastructure)，它适用于较小规模的组播组，建立共享组播树，新成员的加入只获得部分组成员的信息。HBM由Roca等人于同年提出，这也是一种集中控制的协议，但是加入者必须知道全部组成员的信息。S．Q．Zhang发表基于Peer-to—Peer网络的应用层组播系统Bayeux，它给每个P2P节点分配一个唯一的节点号，从节点号的最后一位向前，按顺序一位一位的匹配来进行报文路由。L．Mathy提出TBCP，加入者计算与每个可能父母节点之间的配置方案，取最优的方案加入，

6、同时考虑到尽量减少汇聚时间。S．Ratnasamy提出了基于P2P的应用层组播系统CAN。它使用哈希函数，将组播组G的地址映射到笛卡儿坐标空间，使每个组播组都对应一个小的CAN网络，在小CAN网络上通过泛洪实现组播转发。2003年，HMTP被提出。SumanBanerjee发表了基于Nice的应用层组播的论文。M．Castro发表了Scribe，它是建立在P2P网络Pastry之上的一个应用层组播系统，它通过从第一位往后对节点号和组号按位匹配来确定组播树的路径，具有较好的可扩展性；另外，它借助底层P2P网络Pastry可以进行动态的自组织来适应网络条件的变化。2004年，M．He

7、feeda提出了Promise，其建立在Pastry网络之上的应用层组播系统，其实现思想是：一个接收者可以从多个发送者处得到需要的数据，不需要构建组播树，当节点需要数据时，由底层P2P系统查找到一系列满足要求的发送者，接收者从中挑选较好的发送者，他们并行的向接收者发送组播数据。D．Tran提出了基于P2P的层次型应用层组播系统ZIGZAG。在2005中，AhmedSobeih提出一种基于环而非组播树的应用层协议Vring，与Nice相比，它减少了环的控制代价，与HMTP相比，它能