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基于P2P媒体交换策略的SIP通信体系结构及其关键技术研究

作　者: 张秀武
导　师: 郭锐锋
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: IP通信技术 QoS问题 Peer-to-Peer 应用层路由 SIP+P2P系统 Cluster Overlay 多路径路由
分类号: TN914
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着Internet网络发展,以及人们对便捷通信的需求日益迫切,IP通信被推到Internet应用的前端,并逐渐向统一通信(EoIP, Everything over IP)发展。由于Internet网络的尽力而为(Best Effort)服务,无法提供服务质量保证,使得IP通信系统面临着严重的媒体QoS问题,阻碍了其进一步发展。因此,针对IP通信QoS问题的研究意义重大。本文在现有解决方案的基础上,结合目前热门的SIP信令协议、P2P技术、应用层路由技术,提出了一种信令集中式、媒体传输P2P的SIP通信体系结构,SIP+P2P通信系统,用来解决IP通信的QoS问题。针对SIP+P2P系统的关键问题,如路径协商机制、路径质量评价模型、P2P Relay网络的覆盖模型、P2P Relay查找机制以及路由优化策略,分别提出了对应的解决方案。具体而言,本文的主要研究工作有：(1)在对现有IP通信系统的体系结构研究进行评价后,提出了一个SIP+P2P系统框架：采用集中式的SIP信令,P2P方式的媒体传输；通过P2P方式的应用层路由网络提高媒体传输性能。在该框架中,扩展SIP信令,设计了一种多路径协商和建立机制,以提供多路径路由机制；针对路径质量的评价问题,提出一种基于网络参数的路径质量评价模型。(2)针对SIP+P2P系统的P2P Relay覆盖网络问题,提出了一种混合式的P2P Relay覆盖网络模型——中继服务Cluster Overlay网络(RSCON).该模型能够模拟真实Internet网络拓扑的层次性和聚集特性,较好地解决了P2P Relay覆盖网络模型问题。进一步,针对现有Internet的拓扑复杂性,对RSCON提出了改进方法,改进模型能较好地兼容复杂的Internet拓扑现象。实验和分析证明,RSCON及其改进模型都具有很好的可伸缩性能和较低的相对路径质量,从而表明RSCON与真实的网络拓扑十分接近。(3)在RSCON模型基础上,提出一种拓扑感知的Relay查找机制。与传统算法相比,该机制能有效地挖掘网络拓扑信息。进一步,针对复杂的Internet拓扑问题,在改进的RSCON模型基础上,提出了拓扑感知Relay查找机制的相应改进方案,较好地发掘了TIV(三角不等式破坏)现象。仿真结果表明,与其他机制相比,拓扑感知的Relay查找机制具有较高的查找命中率和路径质量效率。(4)最后,在SIP+P2P系统的多路径路由机制基础上,针对各种典型的应用问题分别提出了三种路由优化方法：1)针对单媒体流的动态路径切换方法；2)针对多业务流的分离传输方法；3)针对高带宽业务的并行传输方法和智能路由控制。路径切换方法针对单个业务的媒体流,根据候选路径的性能变化,选择最优的路径进行切换,从而保证了整体的端到端路径质量。分离传输方法针对多个业务的媒体流,为每个媒体流分别选择路径分离传输,并分离地切换,有效地提高潜在的带宽。并行传输机制针对高带宽需求的业务媒体流,将流量分布到多条路径中,并通过智能算法控制路由,实现了负载均衡,提高了端到端带宽性能。文中对上面的路由优化方法进行了实验验证,实验结果显示,以上方案能有效的改进IP通信系统的QoS性能。QoS问题是目前IP通信系统的关键问题。本文研究IP通信的QoS问题,提出一种P2P方式的应用层路由解决方案,对促进我国IP通信产业的发展,增强我国通信产业在技术和标准方面的竞争力有着重要意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-27
  1.1 IP通信技术  13-18
    1.1.1 IP通信技术的三个范畴  14-15
    1.1.2 IP通信的安全问题  15-16
    1.1.3 IP通信的QOS问题  16-17
    1.1.4 小结  17-18
  1.2 P2P技术  18-21
    1.2.1 P2P技术的应用  19-20
    1.2.2 P2P覆盖网络的组织模型  20-21
    1.2.3 小结  21
  1.3 应用层路由技术  21-25
    1.3.1 常见的应用层路由系统  22-24
    1.3.2 SIP通信系统的应用层路由需求  24-25
    1.3.3 小结  25
  1.4 本文的研究动机与研究目标  25-26
  1.5 本文的贡献  26
  1.6 本文的组织结构  26-27
第2章 SIP+P2P通信系统结构研究  27-51
  2.1 信令集中/媒体P2P的SIP+P2P系统结构  27-33
    2.1.1 IP通信系统结构研究概述  27-29
    2.1.2 IP通信的媒体QOS问题  29-30
    2.1.3 SIP+P2P系统结构  30-32
    2.1.4 小结  32-33
  2.2 基于SIP+P2P的多路径传输机制  33-36
    2.2.1 候选中继结点收集  33-34
    2.2.2 多路径协商和建立过程  34-36
    2.2.3 小结  36
  2.3 基于网络性能的路径评价模型  36-46
    2.3.1 语音质量评价模型相关研究  37-39
    2.3.2 基于网络性能的语音质量评价模型  39-43
      2.3.2.1 延迟损伤I_d的曲线拟合  39-40
      2.3.2.2 丢包率影响因素I_e的曲线拟合  40-41
      2.3.2.3 影响因素分析  41-43
    2.3.3 基于网络性能的语音质量评价模型测试  43-46
      2.3.3.1 与其他模型比较  44-46
    2.3.4 小结  46
  2.4 基于多路径传输的路由优化策略  46-49
    2.4.1 终端实现  47-48
    2.4.2 并行传输机制  48-49
  2.5 本章总结  49-51
第3章 P2P Relay覆盖网络模型研究与设计  51-69
  3.1 P2P覆盖网络模型的研究概述  51-52
  3.2 SIP+P2P中P2P Relay网络的问题模型  52-54
  3.3 基于网络拓扑的RSCON模型  54-61
    3.3.1 Internet网络拓扑特性分析  54-55
    3.3.2 RSCON模型的概要设计  55-56
    3.3.3 RSCON模型的实现  56-61
      3.3.3.1 整体结构  56-57
      3.3.3.2 Peer终端设计  57-58
      3.3.3.3 结点操作过程  58-61
  3.4 面向复杂Internet拓扑的改进模型  61-64
    3.4.1 Internet拓扑的复杂性  61-62
    3.4.2 面向复杂拓扑的RSCON模型  62-64
  3.5 仿真实验与分析  64-68
    3.5.1 仿真实验平台搭建  64-65
    3.5.2 仿真结果  65-67
    3.5.3 性能分析  67-68
  3.6 本章总结  68-69
第4章拓扑感知的Relay查找机制  69-82
  4.1 Relay查找机制概述  69-70
  4.2 RSCON的拓扑特性分析  70-73
  4.3 拓扑感知的P2P Relay查找机制设计  73-77
    4.3.1 基于网络拓扑的Relay查找问题分析  74-75
    4.3.2 拓扑感知的Relay查找机制  75-77
    4.3.3 小结  77
  4.4 面向复杂Internet拓扑的Relay查找机制  77-79
    4.4.1 RSCON改进模型的拓扑分析  77-78
    4.4.2 面向复杂拓扑的Relay查找机制  78
    4.4.3 小结  78-79
  4.5 仿真实验和结果分析  79-81
    4.5.1 命中率分析  79-80
    4.5.2 路径质量比较  80-81
  4.6 本章小结  81-82
第5章基于SIP+P2P系统的路由优化算法  82-104
  5.1 基于SIP+P2P系统的多路径路由机制  82-84
  5.2 路径切换算法  84-88
    5.2.1 相关研究  84-85
    5.2.2 路径的动态特性和解决方案  85
    5.2.3 应用驱动的路径切换算法  85-87
    5.2.4 实验和分析  87-88
    5.2.5 小结  88
  5.3 多业务媒体流分离传输算法  88-97
    5.3.1 占用带宽与路径质量的关系  89-91
    5.3.2 媒体流分离传输方案  91-94
      5.3.2.1 基于测量的多指标综合评价方法  91-92
      5.3.2.2 路径选择和路径切换算法  92-94
    5.3.3 实验和分析  94-97
      5.3.3.1 仿真实验  94-96
      5.3.3.2 网络测试实验  96-97
    5.3.4 小结  97
  5.4 并行传输机制和智能路由控制  97-102
    5.4.1 研究背景  98-99
    5.4.2 问题描述  99-100
    5.4.3 并行传输的智能路由算法  100-101
    5.4.4 实验和分析  101-102
  5.5 本章小结  102-104
第6章总结与展望  104-109
  6.1 研究背景  104-105
  6.2 研究总结  105-107
  6.3 进一步研究方向  107-109
参考文献  109-118
致谢  118-119
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  119-120

基于P2P媒体交换策略的SIP通信体系结构及其关键技术研究

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