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交换式以太网上多媒体组播的研究

王军  
【摘要】: 以太网以其低成本、高速率和功能强大的优势成为未来宽带接入的主流,同时组播技术为在计算机网络中实施传统广播业务提供了技术基础,并且促进通信协作和共享服务的发展。但传统以太网对组播业务和实时业务的支持不够,无法保证多媒体组播服务的质量,并且网络利用效率低下。针对上述缺陷,本文对交换式以太网中多媒体组播通信的机制进行了深入的研究,解决了宽带以太网接入环境中传统广播和新兴多媒体组播业务的有效传输和服务质量保证问题。本文的主要贡献和创新点如下: 1.设计和实现交换式以太网中基于IGMP Snooping的二层组播协议。利用交换机的侦听功能,将IGMP报文中IP组播组所包含的主机群体对应到链路层组——VLAN的端口集上,利用终端和路由器或者智能交换机的IGMP协议模块管理VLAN组的动态加入和退出,结合交换式以太网中VLAN的组通信功能实现二层组播。此方法在不需修改终端和路由器设计的前提下,充分利用现有VLAN技术实现交换式以太网对组播的支持,达到有效节省带宽,在以太网上实现传统广播业务和新兴组播业务,并且与IP组播实现无缝连接的功能。 2.提出并实现一种基于DLB的自适应整形算法。通过监视数据缓冲区和令牌缓冲区中有效长度的动态变化,在线估计通信量的输入速率和速率整形的输出效果,动态调整DLB的参数设置,使输出通信量在数据无丢失和最大延迟约束条件下达到最佳速率平滑效果。此算法使速率整形器不需预先对源通信量进行统计分析,就可以根据源通信量的实时变化进行动态调整,达到最佳整形效果,从而使速率整形的应用范围扩展到具有平均速率波动的多媒体数据流。 3.针对以太网低延迟、平坦拓扑和高可靠性的传输特点,提出和实现一种实时连续媒体流的可靠组播协议。协议采用反馈重传、组播NAK抑制和重传实时限制等技术在多媒体数据实时传输和同步播放的时间限制范围内通过重传进行错误恢复,同时尽量减少反馈和不必要的重传,使实时连续流媒体在预先指定的时间限制内,提高传输的可靠性和高效性。 最后,本文基于如上技术提炼综合出一个多媒体组播应用框架,为交换式以太网上的数字电视接入、Multicast Streaming和WebCasting等应用提供一个能够保证服务质量的多媒体组播应用平台,并且基于此框架提出和实现一个宽带综合业务社区网络系统的实现方案,其中的典型组播应用是数字电视接入服务。


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