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《上海交通大学》 2009年
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异构节点的媒体分发系统研究

王见  
【摘要】: 随着Internet技术快速发展和个人计算机性能逐渐增强,普通用户的网络活动不再局限于收发电子邮件和浏览Web页面,他们也在访问各种各样的多媒体资源,如下载音乐/视频文件、实时收看网络直播、点播教学录像等等。相对于电子邮件和Web页面来说,访问多媒体资源需要更多的带宽。此外,随着用户数量的增加,传统的以客户机/服务器模式为基础的分发系统已逐渐不能应付,特别是服务器端的上载带宽。 为此Internet初期的对等设计准则即Peer-to-Peer(P2P)又被重新重视,与传统的客户机/服务器模式不同,它通过覆盖网络将位于Internet边缘的终端节点组织起来,对终端节点的上载带宽、存储空间、计算能力进行有效汇集,形成的P2P系统具有良好的规模可伸缩性。 本论文主要研究了P2P模式中节点异构特性对媒体分发系统的影响,旨在通过对异构特性的分析,进而提出相应的对策与算法,改善媒体分发系统的性能和鲁棒性。 节点的异构特性具体表现在物理能力方面和参与行为方面:1)节点的上载带宽容量、存储空间大小及计算能力方面有很大差异,此外,节点间的连接也呈现不同的时间延迟、可用带宽。而在参与行为方面,由于节点的自治性,参与行为通常由节点自身决定,这意味着覆盖网络中除了顺从(obedient)行为和无私(altruistic)行为之外,还有可能存在自私(selfish)行为或者恶意(malicious)行为。忽视或者不重视这些参与行为间的差异将导致系统性能下降、良好行为节点被不良行为节点欺骗利用。 本论文针对共同内容分发、点播流媒体分发、实时流媒体分发这三种典型的媒体分发系统,分别研究了共同内容分发最具代表性的协议BitTorrent中下载节点和种子节点对自私行为与恶意行为的抵抗能力、点播流媒体服务与流媒体客户端存在的不足、及实时流媒体分发中节点对数据块的请求调度策略,并提出了相应的对策和算法。 作者的学术贡献及论文的创新性主要体现在以下几个方面: 1.采用对称加密技术,提出了基于配额的加密文件块交换协议来保护良好行为下载节点,在一定程度上解决了BitTorrent中节点的自私行为(即搭便车),同时该协议对某些恶意行为(如提供虚假文件块)也有较强的抵抗性。此外,该协议不依赖第三方设施,并且完全遵守BitTorrent原有分布式特性,易于实现与整合。 2.基于组合理论和对称加密技术,提出了成批机制对BitTorrent中种子节点进行保护,即下载节点不再免费从种子节点获得原始文件块,而需要通过与其它在同一批的下载节点进行文件块交换合作之后才能够得解密信息。分析表明该机制不但能够抵制自私的搭便车行为,还能同时在一定程度上降低恶意节点的危害(如带宽攻击、连接攻击)。与相关研究相比,成批机制有更高的鲁棒性。 3.受社会化网页标签研究启发,针对流行的点播流媒体分发、实时流媒体分发等相关研究进行分析,指出目前这些流媒体服务及相应流媒体客户端存在的不足,进而提出了一个面向媒体资源的通用媒体服务,为用户提供更加统一友好的服务,并讨论了流媒体客户端潜在的功能扩展方向。 4.针对数据驱动的、Mesh结构为基础的实时流媒体分发系统中数据块调度算法在设计上存在的不足,指出了节点请求的多个数据块内在的时间约束关系,进而形式化地描述了改进型调度算法,并通过模拟实验进行了有效性验证。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP393.02

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