博士生物学开题报告

时间：2021-02-11 10:51:10 开题报告我要投稿

博士生物学开题报告模板

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　　一、摘要

　　论文题目中文基于Internet的对等网络流媒体点播系统的研究与实现

　　英文 Research and Implementation of Internet-based Peer-to-Peer VoD system

　　摘要对等网络是提供互联网范围内大规模视频应用的关键技术，它成功地克服了传统客户机-服务器模式所面临的可扩展性问题。本文研究对等网络技术流博士开题报告媒体点播系统，在线视频应用分为直播和点播两种，在直播系统中，节点之间相互共享数据的可能性要比点播大得多。由于固有的数据分散性，即海量的视频资源以及节点之间观看视频的进度差异很大，在降低服务器压力和保证节点流畅播放方面，点播比直播面临更大的挑战。

　　对等网络流媒体点播系统从结构上可以分为两个部分，覆盖网构造和流媒体传输调度。其中覆盖网构造关注系统中节点如何发现其它节点的过程，发现感兴趣节点后将建立一个独立于物理网络的逻辑上的覆盖网(overly network)，这个覆盖网中的节点构成了该节点的伙伴节点。流媒体传输调度主要解决节点如何从其它节点以及服务器获取数据的问题，节点一方面从伙伴节点那里获取数据，另一方面为其它伙伴节点提供数据，这些过程都需要高效的算法和机制来完成。本文中提出的覆盖网构造算法以及流媒体调度算法为点播系统中存在的这些问题提供了很好的解决方案。

　　本文在分析和研究国内外各种基于对等网络直播和点播系统的基础上，通过对等网络与服务器的融合，提出了新的高效的点播算法，为了评价算法的有效性，文中通过仿真与其它著名算法进行了比较，从而证明了本文所提出的算法可以更加有效地构建流媒体点播系统。本文的主要的工作和贡献如下：

　　1. P2S(Peer-to-Server)与P2P融合，提出了在选片算法中融合P2S和P2P的方法，以支持保证用户服务质量的设计目标。

　　2. 流媒体调度算法，提出了新的节点选择算法，通过引入“优先级”的指标来从节点服务方的角度选择节点。

　　3. 覆盖网构造算法，设计出新的基于无结构覆盖网的构造算法，实测数据表明该方法具有很好的稳定性，能够适应对等网络动态性的特征。

　　4. 大规模系统设计与部署，参与设计并实现了腾讯公司QQLive点播服务的原型系统，该系统目前运行于互联网上，拥有百万级用户同时在线的记录。

　　本文所做的工作大部分用于实现QQLive产品点播服务的原型系统，该原型系统被设计为一个可以运行在互联网范围内的百万级对等网络流媒体点播系统，经过后期反复地测试和改进，对应于该原型系统的商业实现已经成功地部署在中国互联网上，为数以千万计的用户提供视频点播服务。

　　关键词中文对等网络;视频点播;传输调度;覆盖网

　　英文 Peer-to-Peer; VoD; streaming scheduling; overly network

　　二、立题依据

　　1、研究意义

　　2、国内外研究现状

　　3、主要参考文献及出处

　　1. 研究意义

　　目前，CDN和P2P被用于不同的领域，CDN主要用于可靠的Web和流媒体内容分发，而P2P则主要用于内容交换。两种技术各有优缺点。CDN具有可靠服务质量保证、高可用性、可管理性和节省网络资源的优势，P2P技术在低成本、高可扩展性、系统级可靠性和支持突发访问能力方面表现卓越。同时他们都存在一些问题，CDN投资成本高、可扩展性差、大文件分发效率低等，P2P服务质量难以保证、网络资源占用量大、存在安全性、版权问题。因此CDN融合P2P存在强大的驱动力，取长补短，使之优势互补。随着以内容为核心的互联网应用的发展，如何实现快速的、有服务质量保证的内容分发成为核心问题。特别是随着网络融合的趋势，不同的终端将通过不同的网络来获取内容和服务，构建一个IP之上的、应用无关的内容承载平台具有重要的意义。

　　本课题从分析传统P2P和CDN技术的特点以及各自的缺陷和不足出发，基于新兴的P2P技术，研究新型的基于CDN+P2P架构的内容分发服务解决方案，在新的CDN over P2P模式的网络架构的基础上，着力解决大文件下载中源节点选择和片段选择问题，在深入分析现有的源节点选择和片段选择算法的基础上，提出适合本课题特定需求的算法，降低大文件下载的时延和服务器的压力，并通过节点之间的协同合作加快文件转移至P2P用户区进一步降低服务器的压力，使之分配更多的资源用于非热门节目的服务，这样不仅可以减少节点从服务器下载给网络带来的.冗余，而且可以避免网络资源的浪费。

　　2. 国内外研究现状

　　本课题研究来源于本人所在公司/学校“数字音像内容集成分发平台”。项目针对基于CDN+P2P的内容分发网络进行研究，拟建立一种全新架构的内容分发平台。本课题将P2P和CDN技术进行融合，用于媒体内容管理和分发，具有较大的理论创新和实际应用意义。目前，国内外在CDN+P2P混合结构中节点选择和片段选择方面尚未有大量较深入的研究性论文和相关成果发表。在CDN融合P2P方面，文献[1]中提出一种新的架构，通过消除CDN中心管理服务器，使之分散在网络边缘形成集群来完成内容分发，这样做的缺点在于核心网中流量并未降低，而且由于内容定位得到的边缘服务器很可能不在本地而降低了内容分发的速度和增加了核心网的负载。在文献[2]中，作者主要考虑改造CDN中边缘服务器的结构使在其服务区内形成P2P社区来加速流媒体内容分发，这篇文章把分发化为服务器和P2P分发两个阶段，并在理论上研究了切换的时机，具有一定的理论价值。文献[3]提出了解决资源replica的算法，通过在边缘服务器之间直接交换文件来达到理论上最优的资源replica分布。在节点选择方面，[4]提出了在P2P文件共享系统中节点选择问题，主要是使用机器学习的方法预测和选择最合适的单源节点，有一定的理论价值，不过当下载连接较多时，这种方法的资源消耗量可能会比较大。这方面文献中的方法主要来源于测量和离线数据库，测量的轻量级的方法比较高效一些，本课题倾向于开发基于网络工具的测量方法来感知节点之间的距离，另外因为需要结合CDN+P2P混合结构来做节点选择，传统的拓扑感知节点选择方法还需进一步改进以适应本课题要求。节点选择和片段选择是内容分发网络中的关键性问题，因此，本课题的研究对于正在飞速发展的大规模海量媒体内容分发技术具有较大的指导意义和实际推广应用价值。

　　3. 主要参考文献及出处

　　[1] A Distributed Multimedia CDN Model with P2P, Guomin, Zhang; Changyou, Xing; Ming, Chen; Communications and Information Technologies, 2006. ISCIT '06. International Symposium on Oct. 18 2006-Sept. 20 2006 Page(s):152 - 156 Digital Object Identifier 10.1109/ISCIT.2006.339906

　　[2] Hefeeda,Mohamed M.;Bhargav,Bharat K.;Yau,David K.Y..A hybrid architecture for cost-effective on-demand media streaming.Computer Networks,v 44,n 3,Feb 20,2004, p 353-382

　　[3] Distributed replica placement algorithms for peer-to-peer content distribution networks, Wauters, T.; Coppens, J.; Lambrecht, T.; Dhoedt, B.; Demeester, P.; Euromicro Conference, 2003. Proceedings. 29th 1-6 Sept. 2003 Page(s):181 – 188

　　[4] Bernstein, D. S., Feng, Z., Levine, B. N., and Zilberstein, S. Adaptive peer selection. In Proc. 2nd IPTPS (2003).

　　[5] A resource-trading mechanism for efficient distribution of large-volume contents on peer-to-peer networks, Koo, S.G.M.; Lee, C.S.G.; Karthik Kannan; Computer Communications and Networks, 2005. ICCCN 2005. Proceedings. 14th International Conference on 17-19 Oct. 2005 Page(s):428-433 Digital Object Identifier 10.1109/ICCCN.2005.1523902

　　[6] Peer-to-peer direct sales, Wierzbicki, A.; Goworek, K.; Peer-to-Peer Computing, 2005. P2P 2005. Fifth IEEE International Conference on 31 Aug.-2 Sept. 2005 Page(s):106 - 113 Digital Object Identifier 10.1109/P2P.2005.25

　　[7] Xu,Dongyan;Kulkarni,Sunil Suresh;Rosenberg,Catherine;Chai,Heung-Keung. Analysis of a CDN-P2P hybrid architecture for cost-effective streaming media distribution.Multimedia Systems, 2006, 11(4):383-399

　　[8] 叶剑虹,孙世新.基于P2P的CDN网络研究报告.电子科技大学计算机科学与工程学院,2007

　　[9] Chinacache. CDN技术白皮书,http://www.chinacache.com/services/white_page.htm

　　[10] Load balancing through efficient distributed content placement, Wauters, T.; Coppens, J.; Dhoedt, B.; Demeester, P.; Next Generation Internet Networks, 2005 18-20 April 2005 Page(s):99 - 105 Digital Object Identifier 10.1109/NGI.2005.1431653

　　[11] A performance comparison of multiple description video streaming in peer-to-peer and content delivery networks, Khan, S.; Schollmeier, R.; Steinbach, E.; Multimedia and Expo, 2004. ICME '04. 2004 IEEE International Conference on Volume 1, 27-30 June 2004 Page(s):503 - 506 Vol.1

　　[12] P2P Middleware for Extending the Reach, Scale and Functionality of Content Delivery Networks Pakkala, Daniel; Koivukoski, Aki; Paaso, Tuomas; Latvakoski, Juhani; Internet and Web Applications and Services, 2007. ICIW '07. Second International Conference on 13-19 May 2007 Page(s):5-5 Digital Object Identifier 10.1109/ICIW.2007.46

　　[13] Policy-driven multifile distribution Rosenberg, C.; Pons, P.; Xu, D.; Quality of Service, 2004. IWQOS 2004. Twelfth IEEE International Workshop on 7-9 June 2004 Page(s):193 - 197 Digital Object Identifier 10.1109/IWQOS.2004.1309379

　　三、研究方案及工作基础

　　1、研究目标、研究内容及拟解决的关键问题

　　2、拟采取的研究方法及技术路线

　　3、研究工作基础

　　1. 研究目标、研究内容及拟解决的关键问题

　　CDN和P2P是目前两种实现大规模内容分发的方法，他们各有优缺点，CDN主要用于流媒体分发(直播、点播)和web cache, P2P主要用于P2P流媒体(直播)和文件交换，在计算模型上CDN属于分布式C/S模型，P2P则是分布式对等计算，因此他们在计算模型上有很强的互补性。

　　CDN融合P2P有两种模式，第一种是CDN over P2P，这种模式使用P2P作为CDN内容承载网络中特定网络区域的分发方式，第二种是P2P over CDN，其使用P2P作为CDN骨干网中内容分发的方法，消除中央管理服务器群。我们认为前者很好的解决了可管理性和扩展性的问题，后者存在增加运营商核心网负载的问题，因此本课题着眼于CDN融合P2P网络的“最后一跳”，主要关注如何选择源节点和选择下载片段的问题。近年来P2P领域吸引了大批的研究者关注，设计了大量高效实用的P2P系统，代表性的系统有基于目录式查找服务的Napster和基于无结构拓扑泛洪查找服务的Gnutella以及基于分布式哈希表定位的CAN、Chord、Pastry和Tapestry系统。在本课题中为了可管理和监控的要求，我们采用类似于Napster目录式的服务为下载peer提供网络的全局信息和共享目录等。我们假设存在目录服务器和CDN边缘分发服务器的情况下，在一个网络服务区域内，P2SP2P(Peer-to-Server-Peer-to-Peer)方式下载大文件时所要考虑的源节点选择和片段选择问题，旨在开发高效的算法降低下载时延和服务器的负载，并能适应网络动态变化。可细分为以下问题或方面。

　　1. 多源下载时并行下载的问题，包括选择源节点避免在物理网络关键路径上发生拥塞。

　　2. 动态性的问题，选择算法要适应网络动态地改变，这其中存在一个有效地收集网络信息的问题，目前大多是建立目录服务以记录本地网络的全局信息。

　　3. 节点感知拓扑的问题，通过感知可以获得peer物理上分布的信息进一步提高节点选择的有效性，避免逻辑上相邻，物理上相去甚远的情况。

　　4. 选片算法是两个问题的根本，从一定意义上决定了节点选择算法，因为分发的内容分片是最终下载的目标，根据分片和节点的矩阵信息(哪些节点拥有哪些片段)以及估计的节点物理分布选择节点下载相应的片段。

　　5. 多源协同提供服务的问题，传统的节点下载算法中节点之间往往各自为政，独立选择最优的策略，这往往对于网络整体或者单个节点长远的下载是不利的，因此我们考虑使多个服务源协同配合提供服务。

　　6. 为了进一步加速内容分发，我们考虑多个client peer协同从server peer下载的问题，也就是多个peer协同下载特定的片段，然后与周围peer分享，避免了peer多次去服务器下载同一片段的情况，这样可以加速内容转移至P2P社区，减轻server不必要的服务，更有效地使用client端的资源包括计算资源和带宽资源。

　　7. 节点在下载过程中如有时间限制，可邀请邻居节点帮助下载的问题。

　　8. 各个peer节点是需要怎样的cache策略以提高可靠性和服务质量。

　　以上小问题是相互关联，有内在联系的，因此在最终设计选片算法的过程中要权衡各个性能参数，设计出有效的节点选择和选片算法。

　　2. 拟采取的研究方法及技术路线

　　主要技术路线在于改造CDN网络边缘原有的结构，引入P2P社区，提供高效的节点选择和片段选择算法，加速在用户区的媒体内容分发，提高边缘服务的同时减轻了对边缘服务器的压力而且减少不同域之间通过核心网的网络流量。主要包括一下几个方面：

　　1. 建立两级的结构，第一级保持CDN的中央管理体系不变，内容路由算法可能会做修改。

　　2. 在CDN内容承载网络的边缘融入P2P社区，好处是避免了在传统P2P文件共享系统中存在的Peer之间物理网络距离过大，跨不同ISP，跨不同地域等降低效率的问题，另一方面，在CDN体系下减轻了边缘服务器的压力使之把更多的服务时间分配给非热门节目和内容，以加速内容分发，提高可靠性和应对突发流量的能力并保证服务质量。

　　3. 在传统的拓扑感知算法基础上研制更高效轻量级的感知算法。

　　4. 利用博弈论的研究成果设计协同机制，加速文件转移至P2P用户区。

　　5. 研究和设计高效的数据结构用于记录动态网络状况和节点文件片段信息，减少对网络资源使用。

　　6. 比较分布式决策和集中式决策的优缺点，合理选用适合本课题的算法决策方案。

　　3. 研究工作基础

　　本课题依托本人所在公司/学校“数字音像内容集成分发平台”，实现一整套实际系统和测试仿真环境，在此基础上，深入对网络模型的仿真和实际的测试。

　　算法评价一方面通过仿真模型验证，另一方面在已开发的网络系统的基础上，不断测试和迭代改进，提高性能及服务质量。

　　四、论文工作计划及预期成果

　　论文工作进度安排

　　博士开题报告起止时间工作内容备注

　　xx-12至xx-1 深入调研现有的算法

　　2xx-2至2xx-7 建立模型研究节点选择算法和片段选择算法