（计算机科学与技术专业论文）直播型iptv+qos若干关键技术的研究.pdf

t i t l e ：o ns o m el i v ei p t vq o s k e yt e c h n i q u e s i d ：0 7 8 1 3 8 n a m e ： 鱼坐q i 坌凸g m a j o r ： q 幽巳垡! 皇 s i 皇q 垦皇坌凸鱼! 垒b 凸q ! q g ) a d v i s o r ： q 鱼墨兰q y 垒丛鱼坌凸g b 堕d 一 s c h o o l ： 丛皇! 巡q 酲i 垒b d q ! q g yb 皇墨全坌 b 5 2 1 2 0 1 0 b e i j i n g ， p r c h i n a lr -j1一 声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：二复堑 日期： 丝丝：21 坦 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：古飞叛 导师签名：二涩 同期：鲤卫：丕1 2 同期： 【r -1 北京邮电人学博i ：学位论文 直播型ip t vo o $ 若干关键技术的研究 摘要 直播型i p t vq o s 指的是直播类i p t v 业务的非功能属性，如频道 启动时间、频道切换时间，不同节点之间播放进度的同步性等等。 q o s 对于用户使用i p t v 服务的体验至关重要。在复杂的i n t e r n e t 环 境下，收看相同频道的大量用户可能处于不同的本地网络中，如何有 效地利用所处的内容分发网络的特点及周围邻居节点的资源，并在此 基础上提供必要的q o s 保证，为i p t v 用户提供一个流畅播放、响应 速度快、交互性强的使用环境，就成为了直播型i p t vq o s 优化研究 的一个重要的问题。 基于对现有直播型i p t vq o s 优化方法的分析，本文认为，目前 的i p t vq o s 仍有众多的问题尚未得到关注及有效解决，尤其是涉及 到多种内容分发网络及增强i p t v 业务交互性方面的q o s 指标。因此， 本文对直播型i p t vq o s 优化方法中的一系列关键问题进行了深入研 究，取得如下成果： 1 提出一种在i p 组播环境下快速频道启动及频道切换的方法。 本文借鉴p 2 p 网络中充分利用终端节点的上传带宽的思想，使 得终端能为请求加入其正在收看频道的其他终端提供短期的、 快速的数据，充满对方节点播放缓存，减少频道启动切换时 间，提高频道启动切换的q o s 指标。本方法可在保持较低骨 干网带宽利用率的基础上，有效地增强节点的启动与频道切换 的时间，网络中新增的数据量主要用于提供给用户收看新频道 的多媒体节目，有效减少用户的等待时间。 2 提出小社区节点播放进度同步性的问题及一种提高播放进度 同步性的q o s 优化方法。对与直播型i p t v 密切相关的用户间 互动性强的业务，节点播放的同步性即成为必须要解决的关键 问题。本文提出一种播放进度同步性优化的方法，方法主要包 含同步小社区的建立前的准备阶段、小社区的建立算法、及新 加入系统的节点加入小社区时的适配算法。本优化算法能探测 【r 北京邮电人学博f ：学位论文 摘要 周围邻居节点的信息，选取合适的父节点构造或调整应用层拓 扑结构，能有效增强小社区内节点的同步性，将小社区内节点 的播放进度差能有效维持在较小的范围之内。 3 针对p 2 p 网络中大规模节点播放进度同步性问题，借用物理学 中电势的概念，并基于电势指标提出一种优化大规模节点播放 同步性q o s 指标的方法。提出在p 2 p 网络下大规模节点播放 进度同步性的问题；借用静电力学中电标度场理论的相关概念， 对本文涉及的问题进行了数学建模，提出了直播型i p t v 中的 电势指标的含义，对节点的电势指标进行量化；并在分布式环 境下对节点之间的播放进度差进行了描述与计算，提出了在全 网中的应用层拓扑建立及优化的算法，以及父节点的带宽分配 算法。本文的算法在节点播放的同步性、实时性及节点跳数等 方面的性能，均有较大的提高。 4 提出一种i n t e r n e t 环境下支持直播型i p t vq o s 优化的节点体 系结构。本文提出的i p t vq o s 优化节点的体系结构，利用不 同分发网络的拓扑结构，及处于不同内容分发网络节点的q o s 优势，能在分布式环境下为i p t v 业务提供更加多样化的q o s 保证机制。系统中节点之间关系平等，通过不同的内容分发协 议栈进行交互，同一节点在同一时刻可同时处于不同的分发网 络中。通过多种分发网络中数据在节点中的协作，为i p t v 节 点提供具有特定较高q o s 指标的候选节点，在不同的叠加网 络中共享播放缓存数据，从而满足用户更复杂的q o s 需求。 关键词：i 刚，q o s ，直播型i p l v ，频道启动时间，频道切换时 间，播放进度差，播放同步性 】1 a b s t r a c t l i v ei p t vq o sk e yt e c h n i q u e s a b s t r a c t t h en o n f u n c t i o n a la t t r i b u t e so fl i v ei p t vs e r v i c e ， t i m e ，c h a n n e lc h a n g et i m e ，p l a y o u tp r o g r e s s s v n c h r o n i z a t i o no fd i f f e r e n tt e r m i n a l s q o si sc r i t i c a lt ou s e r sw h o e x p e r i e n c ei p t vs e r v i c e s i nc o m p l e xi n t e r n e te n v i r o n m e n t ，al a r g e a m o u n to fu s e r sm i g h ti nd i f f e r e n tl o c a ln e t w o r k s h o wt ou t i l i z er e s o u r c e i nl o c a lc o n t e n td i s t r i b u t en e t w o r ka n df r o mo t h e rn e i g h b o rt e r m i n a l s ，a n d h o wt op r o v i d en e s s e s a r yq o sa s s u r a n c et op r o v i d eaf l u e n t ，f a s tr e s p o n d a n di n t e r a c t i v ee n v i r o n m e n t b e c o m e sac r u c i a lp r o b l e mi nl i v ei p t v q o so p t i m i z a t i o nr e s e a r c h ：o a c c o r d i n g t oa n a l y s i so fc u r r e n tl i v ei p t vq o s o p t i m i z a t i o nm e t h o d s ， w ea d d r e s st h a tt h e r ea r el o t so fp r o b l e m sh a v en o tb e e nr e s o l v e do re v e n c o n c e r n e d e s p e c i a l l yq o sm e t r i c s o fd i f f e r e n tc o n t e n td i s t r i b u t i o n n e t w o r ka n de n h a n c e m e n to fi p t vs e r v i c ei n t e r a c t i v i t y b a s e do nc u r r e n t s t a t u sl i v ei p t vq o so p t i m i z a t i o nm e t h o d s ，w ea d d r e s ss e v e r a lc r i t i c a l p r o b l e m s t h ec o n t r i b u t i o no ft h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e s ： 1 p r o p o s eaf a s tc h a n n e ls t a r t u pa n dc h a n n e lc h a n g e a p p r o a c h b a s e do ni pm u l t i c a s te n v i r o n m e n t w ep r o p o s eaf a s tc h a n n e l s t a r t - u pa n dc h a n n e lc h a n g ea p p r o a c hi ni pm u l t i c a s te n v i r o n m e n t c o m b i n e dw i t hp 2 pm e t h o d b a s e do nt h ep r i n c i p l e so fh i g h l y u t i l i z a t i o no f u p l o a d b a n d w i d t ho fp e e r si np 2 pn e t w o r k s ， t e r m i n a l sc a nr e q u e s to t h e r p e e r sw h t c h i n g t h es a m e t a r g e t c h a n n e lt os e n dt e r m i n a l ss h o r t t i m ea n df a s ts p e e dd a t a ，t of u l f i l l p l a y o u tb u f f e r , s h o r t e nc h a n n e ls t a r t - u pa n dc h a n g et i m ea n d i m p r o v ec h a n n e ls t a r t u pa n dc h a n g eq o sm e t r i c s t h i sm e t h o d c a nk e e pl o wu t i l i z a t i o nr a t eo fb a c k b o n eb a n d w i d t h ，e f f e c t i v e l y r e d u c ec h a n n e ls t a r t u pa n dc h a n n e l c h a n g e t i m e n e wd a t a g e n e r a t e db yt h i sa p p r o a c hi sm a i n l yu s e dt op r o v i d em u l t i m e d i a p r o g r a m m e sf o ru s e r s ，e f f e c t i v e l yr e d u c eu s e r sw a i tt i m e 2 p r o p o s e dt h ei s s u e so fn o d e s p l a y b a c kp r o g r e s ss y n c h r o n i z a t i o n i l r t 京邮i 【1 人学博l ：学位论义 a b s t r a c t w h i c hn o d e sl o c a t ei ns m a l lc o m m u n i t i e s ，a n dp r o p o s e da nq o s o p t i m i z a t i o n m e t h o d t o i m p r o v ep l a y b a c kp r o g r e s s s y n c h r o n i z a t i o n f o r s e r v i c e sc l o s er e l a t e dw i t hl i v ei p t v a p p l i c a t i o n s ，t h ep l a y b a c ks y n c h r o n i z a t i o no fn o d e st h a tp l a ya k e yp r o b l e mt h a tm u s tb e a d d r e s s e d t h i sp a p e rp r e s e n t sa p l a y b a c ks y n c h r o n i z a t i o no p t i m i z a t i o n m e t h o d t h i sm e t h o d m a i n l y i n c l u d e st h ee s t a b l i s h m e n to f s y n c h r o n i z e d s m a l l c o m m u n i t i e sa tt h ep r e p a r a t i o np h a s e ，t h ee s t a b l i s h m e n to fs m a l l c o m m u n i t i e sa l g o r i t h m s ，a n dt h ea d a p t a t i o na l g o r i t h mw h e nn e w n o d e sj o i nt h es y s t e m b y a d d i n gas m a l lc o m m u n i t y t h i s a l g o r i t h mc a n d e t e c t n e i g h b o rn o d e si n f o r m a t i o n ，s e l e c t t h e a p p r o p r i a t ep a r e n t o r a d j u s t t h e a p p l i c a t i o nl a y e r s t r u c t u r e t o p o l o g y t h e n o d e s p l a y b a c ks y n c h r o n i z a t i o n i ns m a l l c o m m u n i t i e sc a nb ee n h a n c e da n dm a i n t a i n e da tl e s sw i t h i nt h e s c o p e 3 p r o p o s e da no p t i m i z e dm e t h o do fn o d e sp l a y b a c ks y n c h r o n i z a t i o n i nl a r g e s c a l en e t w o r k s i no r d e rt os o l v el a r g e - s c a l ep 2 pn e t w o r k n o d e s p l a y b a c ks y n c h r o n i z a t i o np r o b l e m a n dt o i m p r o v e i n t e r a c t i o nb e t w e e ne n d u s e r sa n di s p s ，w eu s ep r o t e n t i a l b a s e d a l g o r i t h mi n s p i r e db ye l e c t r o n i c a lf i e l dt h e o r y w ef i r s tp r o p o s e d l a r g e - s c a l en o d e si n t h ep 2 pn e t w o r kp l a y b a c ks y n c h r o n i z a t i o n i s s u e s t h e nt ou s ee l e c t r o n i c a lp o t e n t i a lc o n c e p t si nf i e l dt h e o r y , t h ei s s u e si n v o l v e do nt h i sm a t h e m a t i c a lm o d e l w ep r o p o s e dt h e c o c e p to fn o d e sp o t e n t i a li nl i v ei p t vs e r v i c e s i nt h ed i s t r i b u t e d e n v i r o n m e n t ，d i f f e r e n c e sb e t w e e nn o d e sp o t e n t i a li sc a l c u l a t e d w e p r o p o s e d a n a p p l i c a t i o nt o p o l o g y e s t a b l i s h m e n ta n d o p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ，a n dab a n d w i d t hd i s t r i b u t i o na l g o r i t h m t h e s em e t h o dc a n i m p r o v en o d e sp l a y b a c ks y n c h r o n i z a t i o n ， r e a l t i m ea n dn o d e sh o p s 4 p r o p o s e d an o d ea r c h i t e c t u r e s u p p o r t i n g l i v el p t vq o s o p t i m i z a t i o ni ni n t e r n e te n v i r o n m e n t t h i sa r c h i t e c t u r ec a nu t i l i z e t o p o l o g ys t r u c t u r ei nd i f f e r e n td i s t r i b u t i o nn e t w o r k s ，t op r o v i d e d i v e r s i t yq o sa s s u r a n c em e c h a n i s mi nd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t f o rp r o v i d i n gl i v ei p t vs e r v i c e s n o d e si nt h es y s t e mh a v ee q u a l 北京邮i 乜人学博l ：学位论文 a b s t r a c t p o s i t i o n s ，i n t e r a c tw i t he a c ho t h e ra c c o r d i n gt op r o t o c o l s n o d e s c o u l de x i s ti nd i f f e r e n td i s t r i b u t i o nn e t w o r k ss i m u l t a n e o u s l y a c c o r d i n g t o c o o p e r a t i o n b e t w e e nn o d e si nd a t a e x c h a n g e o p e r a t i o n h e l pi p t vn o d et of i n dm o r en o d e sw h i c hh a v eh i g h e r q o sm e t r i c s s h a r ep l a y o u tb u f f e ri ns e v e r a lo v e r l a yn e t w o r k s t o s a t i s f yc o m p l i c a t e dq o sr e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：i p q o s ，l i v ei 聊nc h a n n e lb o o t s t r a pt i m e ，c h a n n e l s t a r t - u pt i m e ，c h a n n e lz a p p i n gt i m e ，c h a n n e lc h a n g et i m e ，p l a y b a c k i s y n c h r o n i z a t i o n v r t 北京邮电人学博i ：学位论文a b s t r a c t l - - 、 j j j 学位论义目录 目录 绪 ：仑1 研究背景和意义1 研究内容3 论文的主要贡献3 1 4 论文内容与结构4 第二章直播型i p t v 及其o o s 研究综述6 2 1 i p t v 技术6 2 1 1 基本概念6 2 1 2 流媒体技术1 0 2 1 3 标准化进程1 1 2 1 4 i p t v 典型体系结构1 4 2 2 i p t v 的( 1 0 s 研究1 5 2 2 1 q o s 概述1 5 2 2 2 i p t vq o s 概述1 7 2 2 3 直播型l p t vo o s 指标与综述1 8 2 3 内容分发技术及其对直播型i p t vq o s 优化方法1 9 2 3 。1 内容分发技术概述。1 9 2 3 2 i p 组播网络2 0 2 3 3 对等网络( p 2 p ) 2 2 2 4 本章小结2 5 第三章基于i p 组播的频道启动切换时间优化的研究2 6 3 1 频道启动切换时间过长问题2 6 3 1 1 频道启动切换时间问题2 6 3 1 2 相关工作2 7 3 2 频道启动切换模型2 8 3 2 1 频道肩动切换时间的构成2 8 3 2 2 频道启动切换模型3 0 3 3 减小i p t v 系统频道启动切换时间的方法一3 4 3 3 1 优化方法系统结构一3 4 3 3 2 频道启动方法3 9 3 3 3 频道切换方法4 4 3 3 4 频道退出方法一4 7 3 4 实验与分析4 8 3 4 1 实验环境4 8 3 4 2 评价方法一4 8 3 4 3 结果和分析4 9 3 5 本章小结5 4 第四章基于p 2 p 的小社区节点播放进度同步性研究5 5 4 1 p 2 p 网络小社区播放进度同步性问题5 5 4 1 1 p 2 p 网络及s n s 特性5 5 4 1 2 小社区的播放进度同步性问题5 6 北京邮电人学博j ：学位论文目录 4 1 3 相关工作5 8 4 2 小社区播放进度同步性模型5 9 4 3 基于p 2 p 小社区的播放进度同步性优化算法6 1 4 3 1 集中式算法6 1 4 3 2 分布式算法6 3 4 4 实验与讨论6 9 4 4 2 实验环境6 9 4 4 2 评价方法。7 0 4 4 3 结果及分析7 1 4 5 本章小结7 3 第五章基于电势指标提高大规模节点播放进度同步性研究7 5 5 1 p 2 p 网络大规模播放进度同步性问题7 5 5 2 2 大规模节点播放进度同步的问题。7 5 5 2 2 相关研究7 6 5 2 大规模节点播放进度同步性模型7 8 5 2 1 电势指标概述。7 8 5 2 2 基于电势指标的播放进度同步性描述模型。7 9 5 3 提高大规模节点播放进度同步性算法m p p o p s y n c 8 5 5 3 1 播放进度差描述8 5 5 3 2 拓扑构造优化方法8 6 5 3 3 父节点带宽分配方法。8 9 5 4 实验与讨论。9 1 5 4 1 实验环境9 1 5 4 2 评价方法9 1 5 4 3 结果及分析9 2 5 5 本章小结9 7 第六章直播型i p t v ( 1 0 s 优化节点体系结构9 8 6 1 直播型i p t vq o s 优化系统的需求9 8 6 2 直播型i p t vq o s 优化系统结构9 9 6 3 直播型l p t vq o s 优化系统典型流程1 0 2 6 3 1 基于i p 组播的频道切换时间优化流程1 0 2 6 3 2 基于p 2 p 的小社区播放进度同步性与实时性优化流程i 0 3 6 3 3 基于p 2 p 的大规模节点播放进度同步性优化流程1 0 6 6 4 本章小结1 0 7 第七章结束语1 0 8 7 1 论文总结：1 0 8 7 2 进一步工作1 0 9 参考文献11 1 攻读博士学位期间发表论文1 2 1 致谢1 2 3 北京邮电人学博：j j 学位论文图表i ：1 录 图表目录 图2 1l p t 、，业务系统的组成8 图2 2i t u t 定义的l p t v 架构框图。1 4 图2 3q o e 与q o s 的关系。1 6 图2 - 4i p t vq o s 层次结构示意图。1 7 图2 5 三种p 2 p 拓扑结构示意图( 单组播树、多组播树及网状) 2 3 图3 1i p t 、，终端播放缓存分区3 1 图3 2 播放缓存中收到数据量与经解码数据量3 2 图3 3i p 组播方式切换系统结构示意图3 5 图3 - 4 快速频道切换系统结构示意。3 6 图3 5 节点功能结构图3 7 图3 6 节点缓存及缓存映射表示意图4 0 图3 7 频道启动时间比较4 9 图3 8 系统中已有收看相同频道的邻居数与节点频道启动时间的关系5 1 图3 9 频道切换时间比较5 1 图3 1 0 邻居数量与频道切换时间的关系5 2 图3 1 1 频道切换时占用骨干网带宽对比5 3 图4 1 数据传输时延造成的不同节点与源节点的时延5 7 图4 2 优化前、本文集中式、对比文献集中式算法结果比较7 1 图4 - 3 优化前，本文分布式( t t l = 3x 对比文献分布式算法结果比较7 2 图4 4 本文集中式与选取不同t t l 值的分布式算法结果对比7 3 图5 1 节点a 从节点b 获取与源s 播放进度差8 6 图5 2 节点播放同步性9 3 图5 3 节点播放实时性9 4 图5 - 4 节点到源节点的跳数9 6 图5 5 节点到源节点跳数差值的最大值与平均值9 6 图5 1 直播型i p t vq o s 优化系统节点结构1 0 0 图5 2 基于i p 组播的频道切换时间优化流程1 0 3 图5 3 基于p 2 p 的小杜区播放进度同步性与实时性优化流程1 0 4 图5 4 基于p 2 p 的大规模节点播放进度同步性优化流程1 0 6 x 京邮电人学博i ：学位论文图表日录 x 、 一 0 北京邮电人学博 ：学位论文主要缩略语及中英文对照 主要缩略语及中英文对照 c b rc o n s t a n tb i tr a t e 常速率 c d nc o n t e n td i s t r i b u t i o nn e t w o r k内容分发网络 e p g e l e c t r o n i c a lp r o g r a mg u i d e电子节目菜单 g o p g r o u po fp i c t u r e s 图片组( 编码单元) i g m p i n t e m e tg r o u p m a n a g e m e n tp r o t o c o l 互联网组管理协议 i mi n s t a n tm e s s a g es e r v i c e 即时消息服务 l m si pm u l t i m e d i as u b s y t e m i p 多媒体子系统 i 刚i n t e r n e tp r o t o c a l b a s e dt e l e v i s i o n 基于互联网的电视服务 m p p o p s y n cm a s s i v ep e e r sp l a y o u tp r o g r e s ss y n c h r o n i z a t i o n 大规模节点播放同步性算法 n g nn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k下一代网络 p 2 pp e e r - t o p e e r 点对点，对等网络 q o e q u a l i t yo fe x p e r i e n c e 服务体验 q o s q u a l i t y o fs e r v i c e 服务质量 r t c pr e a l t i m et r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l 实时传输控制协议 r 胛 r e a l t i m et r a n s m i s s i o np r o t o c o l实时传输协议 r t tr o u n dt r i pt i m e 同转时间 s n ss o c i a ln e t w o r ks e r v i c e 社会化网络服务 s c ps e r v i c e & c o n t e n tp r o t e c t i o n业务与内容保护 t t lt i m e t b l i v e 生存时间 u r lu n i f o r mr e s o u r c el o c a t o r 统一资源定位符 v o dv i d e oo nd e m a n d 视频点播服务 、，0 l p v o i c eo v e ri p 基于i p 的语音服务 学位论义主要缩略语及中英文对照 x l ， - - 第一章绪论 网络三网融合进程的加快，广 编码的研究进展减小了对网络 络的快速部署使得“最后一英 里”接入带宽增长迅速，这些技术的不断发展，使得基于i p 网络提供数字化、 交互式、广播电视服务( i p t v ， i n t e r n e tp r o t o c o lt e l e v i s i o ns e r v i c e ) 成为可能， 且目前已有许多有益的探索。根据【1 】中的统计，截至2 0 0 9 年第三季度，全球共 有4 5 1 9 4 亿宽带接入用户，并且仍以非常快速的速度增长。无论在工业界还是 学术界，均对i p t v 寄予厚望，甚至认为i p t v 将成为网络发展的下一个杀手级 业务。 i p t v 业务也被称为t r i p l ep l a y 业务，即电视服务、上网服务及数据服务三 种服务能力融合的业务。i p t v 业务及其分类方式众多，但最常见、应用最广泛 的当属直播型i p t v 业务。直播型i p l w 业务的表现形式类似于传统有线卫星电 视系统，多媒体节目按照既定的时刻表向网络中的终端播放，此类多媒体节目常 常是实时性强的节目，视频源不接受用户的控制，以持续不断的方式向用户提供 多媒体数据。 尽管i p t v 用户量巨大，受到业界的广泛关注，但其发展的过程也遇到诸多 挑战，如视频编解码算法、接入带宽瓶颈、提供有q o s 保障的服务、与电信网 络的融合与演进、有效的内容分发网络等，其中，i p t v 的q o s 从其诞生那一天 起就始终伴随其左右。作为与用户紧密联系的业务，i p t vq o s 的好坏对用户体 验q o e 产生直接的影响，而用户的体验的好坏则影响对业务的推广与普及，也 即i p t vo o s 的机制与优化能力决定了l p t v 的成败。对于直播型i p t v 业务而 言，q o s 同样是需要关注的重点。i p t vq o s 大致可分为三个大类：多媒体相关 q o s 、网络传输q o s 及业务相关q o s ，而直播型的i p t vo o s 也可大致按照这样 分类。每种类型的q o s 关注特定的方面，均可有相应的o o s 机制进行保证，且 也有相应的q o s 指标进行评价。主要的q o s 指标包含：原始视频质量、编解码 算法性能、数据包的端到端时延、平均时延、终端播放的连续性、频道启动切 换时间及不同终端上节目播放进度同步性等。 当前关于直播型i p t vq o s 的研究有些围绕电信网络中i p t vq o s 保证框架 北京邮电人学博i ：学位论文第一章绪论 的标准化进程；有些基于i n t e r n e t 网络中的p 2 p 、c d n 等内容分发网络，针对对 节目播放流畅性、频道启动切换时间、节点动态性较高等q o s 指标，这些特定 q o s 指标的优化大多针对系统保持流畅播放及简单的操作。尽管这些针对直播型 i p t vq o s 的研究已有一些成果，但仍必须面对来自若干关键问题的挑战： 1 内容分发网络。i p 组播技术毫无疑问是i n t e r a c t 环境下最具效率的内容分 发方式之一，尽管传统的i p 组播技术在实际部署阶段遇到了困难，但随 着i p v 6 技术对于i p 组播的坚定的支持，及i p 组播对于骨干网带宽节省 的高效性，i p 组播技术一定会成为有效的i p l v 内容分发技术之一。而 当前对于l p t v 内容分发网络的研究重点集中于p 2 p 与c d n 网络，对l p 组播技术关注较少。因此，在口组播环境下，必须回答如何提高对直播 型i p t vq o s 支持的问题。如何保证节点能够快速启动? 如何进行快速的 频道切换? 以及如何借鉴或协同其他内容分发技术优化q o s 指标? 2 系统内小社区中交互式i p t vq o s 的优化。传统的i p t v q o s 的优化技术 或专注于全网节点的性能，或考虑单向接收多媒体数据的情况。一方面 缺少对网络中部分节点性能的关注，对一些特定节点性能的提高，将非 常有利于为部分用户提供个性化或v i p 类的服务；另一方面，如何为用 户提供交互性强的i p t v 业务也是面临的主要挑战之一，而要实现交互性 强的业务，首先则要解决各用户直接播放同步性q o s 指标较差的问题。 在p 2 p 环境下，必须回答在特定小社区范围内节点播放进度同步性q o s 的优化问题。 3 大规模用户参与交互式i p t vq o s 的优化。同样面对交互性强的i p t v 业 务，在伞网范阐内开展此类业务，必须保证各节点之间播放进度差在可 容忍的范围之内，即要提高系统内节点的播放进度的同步性。与小社区 中节点同步性问题不同的是，由于是全网范围内的提高，因此，其代价 也会较大，同步的程度应当较小社区内而言也会较低，即全网的节点同 步q o s 指标可能比小社区中节点同步q o s 指标要差，而由于节点规模的 不同，必须研究一种新的提高大规模节点同步性的方法。 4 支持直播型i p l vq o s 优化的节点架构。分布式环境下，i p t v 节点的架 构一定程度上决定了节点对q o s 指标的优化能力。网络中存在支持多种 协议的i p t v 系统，不同系统选择的内容分发网络是一定的。如何摆脱内 容分发网络与节点的绑定关系，使得节点能根据当前所处网络的情况同 时存在于一种或多种内容分发网络中，有效利用多种叠加网环境下的多 媒体数据? 同时，应当保证各节点之间的有效协作并保持节点自治，节 2 北京邮i 乜大学博j ：学位论文第一章绪论 点之间的关系平等。 1 - 2 - 研究内容 本文作者在博士研究生期间，主要从事下一代网络中多媒体业务q o s 保证机制和相关领域的研究开发工作，并作为主要研究人员参与了多个国家 级或部级研究性项目，其中主要包括： “新一代业务运行管控协同支撑环境的开发 ( 国家8 6 3 计划“新 一代高可信网络”重大项目，项目编号：2 0 0 8 a a 0 1 a 3 1 7 ) ； “端到端重构机理研究( 国家9 7 3 计划重大项目课题，项目编 号：2 0 0 9 c b 3 2 0 4 0 6 ) 。 本论文的研究工作主要在这些项目的支持下完成。在博士论文工作期间， 作者着重研究了直播型i p t vq o s 优化的若干关键问题。 1 3 论文的主要贡献