P2P系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸策略研究與實現(xiàn).pdf

1、自二十世紀九十年代互聯(lián)網(wǎng)向公眾開放以來，計算機網(wǎng)絡發(fā)展日新月異，各種新的系統(tǒng)層出不窮。因特網(wǎng)(Internet)的結(jié)構(gòu)隨著上層應用程序?qū)W(wǎng)絡需求的變化，經(jīng)歷了從對等網(wǎng)絡模式(Peer-to-Peer or P2P)向客戶端/服務器模式(Client/Server)，再返回到P2P模式的發(fā)展歷程。隨著計算機終端設備和網(wǎng)絡設備的快速發(fā)展，伴隨網(wǎng)絡處理和傳輸數(shù)據(jù)能力的提升，P2P系統(tǒng)的應用范圍愈發(fā)廣泛，這其中就包括了文件共享系統(tǒng)，視頻點播系統(tǒng)

2、，以及實時語音和視頻電話系統(tǒng)等。 然而，最近幾年P(guān)2P應用程序的發(fā)展遠遠超過了網(wǎng)絡傳輸能力和網(wǎng)絡協(xié)議的發(fā)展速度，造成網(wǎng)絡的嚴重擁塞。由于IPv4沒有提供數(shù)據(jù)的分級傳輸機制，而能提供分級傳輸機制的IPv6協(xié)議又遲遲無法推廣，造成P2P數(shù)據(jù)流占用了絕大多數(shù)網(wǎng)絡帶寬，嚴重影響到其它網(wǎng)絡應用程序的性能。網(wǎng)絡服務提供商花費重金擴展網(wǎng)絡容量也無法滿足龐大的用戶需求，因此只好使用多種手段限制、甚至阻斷P2P應用程序的數(shù)據(jù)傳輸。同時，隨著各種無

3、線網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，越來越多的P2P系統(tǒng)開始嘗試部署于無線網(wǎng)絡上。而無線網(wǎng)絡所能提供的數(shù)據(jù)傳輸速率和穩(wěn)定性又遠遠不及有線網(wǎng)絡，這更加重了大規(guī)模P2P系統(tǒng)的部署難度。本文提出一系列平衡網(wǎng)絡流量，緩解矛盾的方法，以應對P2P應用系統(tǒng)與網(wǎng)絡發(fā)展不平衡所帶來的矛盾。在當前P2P系統(tǒng)的無線化大背景下，本文著重研究WiMAX、Wi-Fi、3G等無線網(wǎng)絡的特點，在AnyServer平臺的支持下，提出了在這些網(wǎng)絡上高效部署P2P文件共享系統(tǒng)和視頻電話系統(tǒng)

4、的方法。 本文的主要內(nèi)容與創(chuàng)新點如下： 首先，本文提出了一種在包含有線結(jié)點和無線結(jié)點的混合P2P文件共享系統(tǒng)下，保護無線結(jié)點能量，以延長其服務時間的方法。通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，在擁有較大數(shù)量無線結(jié)點的P2P文件共享系統(tǒng)中，如果不考慮無線結(jié)點的能量和通信能力，會導致無線結(jié)點過早能量耗盡，令系統(tǒng)中結(jié)點數(shù)量顯著減少，從而反過來嚴重影響系統(tǒng)的覆蓋率和文件共享功能的效率。實驗證明，在80％的結(jié)點是無線結(jié)點的系統(tǒng)中，我們的資源結(jié)點選擇算

5、法可以使無線結(jié)點的失效率降低50％以上，并令資源文件傳輸總時間降低超過50％，從而有效改善混合P2P網(wǎng)絡中無線結(jié)點的生存環(huán)境。 第二，本文提出了一個基于WiMAX和Wi-Fi網(wǎng)絡的P2P文件共享系統(tǒng)的應用層網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型?？紤]到無線城域網(wǎng)WiMAX即將產(chǎn)品化，如果能充分利用成熟的無線局域網(wǎng)技術(shù)Wi-Fi的特性，城際無線網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)擁有廣闊的應用前景。在這樣的混合無線網(wǎng)絡中，如果不考慮無線網(wǎng)絡空中接口資源緊張的特點，隨

6、意搭建應用層拓撲結(jié)構(gòu)，會導致大量寶貴帶寬被浪費。因此本文提出層次化P2P共享系統(tǒng)，根據(jù)WiMAX Mesh網(wǎng)絡的特點，在WiMAX基站骨干網(wǎng)絡層和客戶站所組成的Mesh網(wǎng)絡層中建立層次化分布式查找結(jié)構(gòu)。模擬實驗證明，對于擁有率超過2.5％的資源，本文提出的查找算法在本地Mesh網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)該資源的概率超過90％，從而有效節(jié)省了網(wǎng)絡空中接口資源，提高了資源查找效率。 第三，本文提出了一個基于會話初始化協(xié)議(Session Initia

7、tion Protocol or SIP)的自適應視頻IP電話(Voice and Video over IP or VVoIP)系統(tǒng)。由于IPv4網(wǎng)絡中地址不足，且網(wǎng)絡安全問題比較突出，目前網(wǎng)絡中大量部署了防火墻和網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換器(Network Address Translator or NAT)，由于SIP/SDP協(xié)議族對NAT穿越方面沒有作具體規(guī)定，使得兩個VVoIP客戶端實現(xiàn)點到點傳輸會遇到問題。ICE(Interactive

8、Connectivity Establishment)協(xié)議的出現(xiàn)填補了NAT穿透的空白，但就VVoIP應用來說，ICE顯得比較復雜，所消耗的資源也較大。而本文提出的基于AnyServer平臺的自適應SIP VVoIP系統(tǒng)能夠保證VVoIP客戶端之間的P2P實時通信。實驗證明，本系統(tǒng)能夠減輕流媒體服務器的壓力，降低實時會話的網(wǎng)絡時延。 第四，本文提出了一組基于SIP的VVoIP系統(tǒng)中音頻／視頻數(shù)據(jù)的協(xié)作傳輸算法。音頻電話VoIP向

9、視頻電話VVoIP的轉(zhuǎn)變，大大縮短了人與人之間的空間距離。然而，VVoIP中視頻流數(shù)據(jù)的規(guī)模遠大于音頻流數(shù)據(jù)，無序的視頻／音頻流傳輸會使得VVoIP客戶端的話音效果受到較大影響，尤其是在無線網(wǎng)絡接入設備上運行的VVoIP客戶端上，話音質(zhì)量的下降現(xiàn)象尤為明顯。本文提出了一組協(xié)作傳輸算法(Voice and Video Transmission Strategies or VVTS)，能夠有效減小數(shù)據(jù)傳輸速率的波動，在盡量不降低視頻質(zhì)量的前