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基于园区网的高带宽实时流媒体应用关键技术研究

作　者: 陈文波
导　师: 李廉
学　校: 兰州大学
专　业: 应用数学
关键词: 园区网模型 覆盖组播 高带宽实时流媒体 安全传输 广播加密
分类号: TP393.02
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


作为组成互联网的重要部分,园区网越来越向高速化、扁平化趋势发展,多核CPU辅以高性能GPU,使个人终端处理海量数据成为可能,高清视频的普及使网络主干带宽呈现几何级数的增加；基于开放的IP协议的高带宽实时流媒体应用在组播环境下面临新的挑战,需要考虑影响实时流媒体质量的带宽、延迟、安全性以及大规模数据分发能力等问题。在园区网上简化研究相关问题,可对未来在高带宽开放网络环境,如：城域网、专用自治系统乃至高速互联网上部署相似应用提供借鉴。本文以在园区网构建全网高带宽IP组播网络环境为载体,研究了高带宽、大数据量条件下实时流媒体数据的压缩编码、数据的分发能力,用户扩展能力、数据的安全传输等关键问题,取得如下成果：1)针对园区网特性提出了园区网数学模型,并分析了该数学模型相关的性能指标及测试标准；对100G以太网技术进行了介绍,分析其传输及网络特性,对园区网数据中心、虚拟化和云计算问题进行了分析；最后分析OpenFIow在园区网进行部署和实践的相关问题。2)对流媒体传输的可扩展性进行了研究,探索园区网IP组播部署及IP组播路由等关键问题,并对影响实时流媒体的组播数据延迟问题进行了基于园区网的测量,分析不同带宽条件下导致延迟不同的原因。3)分析研究了高带宽实时流媒体相关技术,对流媒体传输方式与传输协议进行了介绍,并对高带宽流媒体的压缩编码技术进行了研究。探讨高带宽条件下实时流媒体编解码的性能。4)最后研究高带宽实时流媒体的安全性问题：分别提出针对高带宽流媒体的对称加密算法、非对称加密算法、组合加密算法和广播加密算法进行了研究。根据不同的加密体制分别提出直接加密和部分加密的方式,研究加密算法和加密方式的效率和计算资源消耗问题。并对高带宽的实时流媒体广播加密提出新的加密方案,并证明了该方案的正确性、安全性等问题。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-11
第一章 绪论  11-29
  1.1 论文背景和意义  11-16
  1.2 国内外相关研究现状和发展趋势  16-23
    1.2.1 流媒体系统研究  16-17
    1.2.2 IP组播技术发展现状  17-18
    1.2.3 流媒体压缩编码技术  18-19
    1.2.4 流媒体对称加密发展现状  19-21
    1.2.5 流媒体非对称与组合加密发展现状  21-22
    1.2.6 广播加密发展现状  22-23
  1.3 研究目标  23-25
  1.4 研究内容  25-27
    1.4.1 高带宽园区网特性及其模型描述  25-26
    1.4.2 园区网高带宽组播部署关键问题研究  26
    1.4.3 高带宽实时流媒体关键技术研究  26
    1.4.4 高带宽实时流媒体对称加密技术研究  26-27
    1.4.5 高带宽实时流媒体公钥加密及组合加密技术研究  27
    1.4.6 广播加密技术研究  27
  1.5 论文组织  27-29
第二章 高带宽园区网特性及其模型描述  29-53
  2.1 园区网定义  29
  2.2 园区网发展  29-31
  2.3 高带宽园区网特性  31-38
    2.3.1 拓扑结构及其数学模型  31-36
    2.3.2 性能指标及其测试标准与模型  36-38
  2.4 高带宽园区网之技术挑战  38-48
    2.4.1 100G以太网技术概述  38-40
    2.4.2 传输与网络  40-43
    2.4.3 数据中心、虚拟化和云计算  43-46
    2.4.4 终端  46-48
  2.5 OpenFlow技术在园区网的实践  48-53
    2.5.1 OpenFlow概述  48-50
    2.5.2 园区网部署OpenFlow的技术要求  50-51
    2.5.3 园区网OpenFlow应用研究  51-53
第三章 园区网高带宽组播部署关键问题研究  53-90
  3.1 IP组播概述  53-66
    3.1.1 组播定义  53
    3.1.2 链路层组播  53-54
    3.1.3 组播转发原理  54-57
    3.1.4 组播路由协议  57-60
    3.1.5 组播Power-law原理  60-61
    3.1.6 组播拥塞控制  61-62
    3.1.7 组播安全  62-63
    3.1.8 IPv6组播特性  63-66
  3.2 高带宽园区网组播路由协议的选择  66-69
    3.2.1 园区网组播应用特性分析  66
    3.2.2 高带宽实时流媒体组播传输技术要求  66-68
    3.2.3 路由协议选择  68-69
  3.3 高带宽园区网组播模型  69-70
  3.4 高带宽园区网组播性能测试  70-87
    3.4.1 IP测量技术  70-72
    3.4.2 组播测量的RFC2432标准  72-73
    3.4.3 适用于高带宽流媒体应用的组播性能指标研究  73-74
    3.4.4 园区网高带宽组播应用测试实例  74-87
  3.5 高带宽园区网组播安全问题研究  87-90
    3.5.1 专用组播网络安全：互联网视频监控  87
    3.5.2 一对多组播安全：IPTV体系  87-88
    3.5.3 多对多组播安全：视频会议系统  88-90
第四章 高带宽实时流媒体关键技术研究  90-109
  4.1 流媒体技术概述  90-91
  4.2 流媒体传输方式及传输协议  91-95
    4.2.1 实时传输协议RTP/RTCP组  93-94
    4.2.2 RTSP实时流传输协议  94
    4.2.3 RSVP资源预留协议  94-95
  4.3 流媒体视频编解码技术  95-100
    4.3.1 H.264/AVC流媒体编码研究  96-97
    4.3.2 编解码器框架  97-99
    4.3.3 H.264编码关键技术  99-100
  4.4 H.264网络抽象层(NAL)研究  100-104
  4.5 IPTV标准体系结构  104-109
    4.5.1 三网融合概述  104-105
    4.5.2 IPTV系统架构  105-106
    4.5.3 IPTV功能节点  106-107
    4.5.4 数字版权保护原理  107
    4.5.5 IPTV中的数字版权保护  107-109
第五章 高带宽实时流媒体对称加密技术研究  109-129
  5.1 流媒体加解密概念  109-111
  5.2 流媒体加密的原则  111-113
  5.3 流媒体数据加密模型  113-120
    5.3.1 流媒体数据直接加密模型  113-115
    5.3.2 流媒体数据选择性加密模型  115-117
    5.3.3 与压缩编码相结合的加密方法  117-120
  5.4 高带宽实时流媒体对称加密算法研究  120-126
    5.4.1 对称加密算法选择  121-125
    5.4.2 工作模式的选择  125-126
  5.5 多种对称加密算法对高带宽实时流媒体延时比较研究  126-129
第六章 高带宽实时流媒体公钥加密及组合加密技术研究  129-143
  6.1 公钥加密技术原理  129-133
    6.1.1 公钥密码数学基础  130-131
    6.1.2 公钥密码数学模型  131-132
    6.1.3 RSA公钥密码体制  132-133
  6.2 高带宽实时流媒体非对称加密研究  133
  6.3 实验结果与分析  133-135
  6.4 组合加密技术研究  135-137
  6.5 基于数位置乱的组合加密方案  137-140
    6.5.1 设计原理  137
    6.5.2 置乱算法  137-138
    6.5.3 通信过程  138-140
    6.5.4 安全性分析  140
  6.6 组合加密实验结果与分析  140-143
第七章 广播加密技术研究  143-150
  7.1 广播加密  143-146
    7.1.1 广播加密发展概述  144-145
    7.1.2 广播加密评价标准  145-146
  7.2 基于完全二叉树广播加密方案  146-148
  7.3 安全性分析  148-150
第八章 总结与展望  150-154
  8.1 本文主要贡献  150-152
    8.1.1 高带宽园区网特性及其模型  150
    8.1.2 园区网高带宽组播部署关键问题研究  150-151
    8.1.3 高带宽实时流媒体关键技术研究  151
    8.1.4 高带宽实时流媒体对称加密技术研究  151-152
    8.1.5 高带宽实时流媒体公钥加密及组合加密技术研究  152
    8.1.6 广播加密技术研究  152
  8.2 本文存在的不足之处和工作展望  152-154
参考文献  154-164
攻读学位期间的研究成果  164-165
致谢  165

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 计算机网络结构与设计
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