基于喷泉码的应用层组播技术研究

论文摘要

随着各种具有一对多、多对多通信特点的应用的出现,组播技术已经成为互联网研究中的一个重要方向。应用层组播作为IP层组播的替代方案,组播数据转发由端系统完成而无须路由器参与,能够有效地解决IP层组播存在的部署困难、扩展性差等问题。应用层组播被广泛地部署于视频会议、IPTV、音视频点播、流媒体等网络应用中。然而,随着用户需求的不断提升,现有的应用层组播技术也暴露出组播性能差、稳定性不高等问题,在一定程度上阻碍了应用层组播的进一步推广部署。喷泉码是一类码率不受限的纠删码,是应用层前向纠错码,有着逼近香农限的优越性能,能够有效地解决自动重传请求（ARQ）协议存在的反馈风暴问题,基于喷泉码的组播解决方案具有扩展性强、适应时变信道等优势。本文首先对目前存在的各种应用层组播方案进行了研究并做了对比分析,从不同角度对现有方案进行分类,详细分析了应用层组播的各种性能指标以及这些指标对组播质量的影响,并且列举了与应用层组播相关的技术。接下来,论文选取了一种基于分层分簇的思想、隐含组播策略的应用层组播方案——NICE进行了深入研究,包括其层次结构的建立、控制拓扑和数据拓扑的构成、组播成员节点的管理等,在分析出NICE协议存在没有考虑组播成员节点性能差异性问题的基础之上,给出了基于距离和带宽联合优化的B-NICE协议。在以上工作的基础之上,本文研究了喷泉码的编译码原理并提出了在NICE协议的组播数据分发中加入喷泉码的方案,给出了喷泉码的度概率分布设计及收发双发的处理流程,并且在网络仿真平台OverSim上对B-NICE协议以及加入喷泉码后的方案进行了仿真,实现大规模数据组播的可靠传输。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 应用层组播研究现状
• 1.2.2 喷泉码研究现状
• 1.3 本文研究内容和论文结构
• 第二章 应用层组播技术
• 2.1 应用层组播原理
• 2.2 应用层组播分类
• 2.2.1 集中式和分布式
• 2.2.2 主机型和代理型
• 2.2.3 层次型和非层次型
• 2.3 应用层组播算法的评价标准
• 2.3.1 数据路径质量
• 2.3.2 终端的性能
• 2.3.3 协议控制负荷
• 2.3.4 其他常用标准
• 2.4 优缺点及应用范围
• 2.5 相关技术
• 2.5.1 覆盖网络
• 2.5.2 内容分发网络
• 2.5.3 对等网络
• 2.5.4 网络编码
• 2.6 本章小结
• 第三章 应用层组播NICE协议及其改进
• 3.1 NICE协议概述
• 3.2 NICE协议层次型结构
• 3.3 控制拓扑和数据拓扑
• 3.4 组播成员管理
• 3.4.1 新节点加入
• 3.4.2 周期性簇维持和更新
• 3.4.3 簇的分裂和合并
• 3.4.4 节点离开
• 3.5 NICE的不足与改进
• 3.5.1 新节点加入的改进
• 3.5.2 簇首选举的改进
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于喷泉码的NICE协议
• 4.1 喷泉码原理
• 4.1.1 LT码
• 4.1.2 Raptor码
• 4.2 基于喷泉码的NICE协议设计
• 4.2.1 喷泉码度分布的设计
• 4.2.2 基于喷泉码的NICE数据分发
• 4.2.3 改进方案的性能分析
• 4.3 仿真及结果分析
• 4.3.1 仿真平台OverSim研究
• 4.3.2 仿真参数设置
• 4.3.3 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本论文的主要工作总结
• 5.2 今后的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文