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基于IMS和P4P的IPTV系统关键技术研究

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作者:
谭春光
导师:
常桂然
学科专业:
计算机系统结构 
文献出处:
东北大学 2015年
关键词:
交互式网络电视论文  网络论文  多媒体子系统论文  网络论文  服务质量论文  电子节目表推荐系统论文  

摘要:随着互联网的快速发展与普及,基于P2P网络的多媒体应用已经成为当前互联网上的关键应用。基于P2P的IPTV业务的增长更为迅猛,在P2P应用中占的比例逐年提高。随着用户数量的以及用户对视频播放质量的要求越来越高,传统的P2P网络已经不能为IPTV业务提供持续有效的支持,因其本身缺陷而产生的种种弊端开始阻碍基于P2P的IPTV业务的进一步发展。由于P2P网络自身的缺陷,基于P2P的IPTV业务存在以下不足:难于对基于P2P的IPTV业务进行有效管理和计费,无法对网络资源进行管理和监控,难于维护用户账户信息安全和数字版权。本文试图利用IMS与P4P技术来弥补基于P2P的IPTV系统的不足,为此对所涉及的若干关键技术问题进行了深入的研究与探讨。针对基于P2P的IPTV业务的有效管理问题,提出了一种IMS和基于P2P的IPTV融合的解决方案。然后针对基于IMS和P2P无法解决的网络资源管理的问题,提出了一种基于IMS和P4P的IPTV架构及网络路由选择策略。在此基础上,深入研究了这种IPTV架构下的QoS保障以及EPG系统。通过以上研究工作,取得了如下具有创新性的成果。(1)为有效管理基于P2P的IPTV系统的业务,本文讨论了IMS和基于P2P的IPTV融合问题,提出了一个基于IMS和P2P的IPTV框架。这一框架在核心IMS模块的基础上,通过一组互相独立的模块组成应用服务器,并且通过一个状态服务器以管理当前用户的状态,通过有超级节点的混合P2P网络完成内容分发和多媒体流传输。此外,重新设计的客户端和内容提供商端,使用户能够发起和接收不同的基于IMS的服务,而且普通用户也可以和内容提供商一样向其他用户提供IMS服务。所提出的基于IMS和P2P的IPTV框架可以在提供IPTV服务的同时提供其他IMS多媒体服务,并且支持服务在不同类型终端间的跳转。通过实例,演示了各个服务模块间如何相互作用以完成一个VOD会话过程以及该会话如何在不同类型终端之间实现跳转,并在跳转过程中保持会话的持续性,这表明所提出的IPTV框架可以更加有效地管理基于P2P的IPTV业务。(2)为降低P2P应用给互联网骨干网络带来的巨大负载,优化P2P网络结构,提出了一个基于IMS和P4P的IPTV框架。在前面提出的基于IMS和P2P的IPTV的基础上,用P4P网络改进基于P2P的IPTV架构,构造并添加了一个iTracker模块,用户节点主动通过该模块与电信运营商通信,获得所需要的网络拓扑信息,然后根据这些信息以及iTracker模块中设定的策略,优先选择数据传输时网络资源耗费较低的节点,实现对网络资源的有效调度。(3)为进一步控制P4P网络流量,降低多媒体传输时的网络耗费,提出了一个网络路由选择策略。将P4P网络内某路径的网络耗费定义为该路径所有链路的延迟与该链路流量的乘积的和,并将P4P网络内两节点间不同路径各自经过超级节点构成的骨干网络时的网络耗费的最小值作为iTracker设定的两节点间距标准P4P-distance,如果两节点的当前路径经过的骨干网络的链路的耗费高于P4P-distance,就需要重新定向至耗费最低的路径。对该策略实现P4P网络负载均衡和降低网络耗费的功能的有效性进行了论证,给出了该策略指导下经过优化的目标节点路径选择算法以及该算法实现网络路由选择的具体过程。(4)对基于IMS和P4P的IPTV框架的QoS,从频道启动/切换时间的角度进行了优化。P4P网络内的用户节点可以通过邻居节点在节点频道启动/切换时向节点发送短时数据的方法,加快频道启动/切换的过程,并给出了选择高效邻居节点缩短频道启动/切换时间的算法。通过模拟仿真实验,验证了所提出的优化方法能有效提升节点频道启动/切换的速度,缩短用户的等待时间,提升QoS,并且该方法不会给骨干网带来太大的额外负载压力。(5)在基于1MS和P4P的IPTV框架的基础上,提出了一个支持用户相互推荐的混合EPG推荐模型。该EPG推荐模型由两个模块组成,一部分是为本地IPTV系统提供EPG推荐功能的推荐引擎,另外一部分则负责处理用户间信息交换并实现用户间的推荐功能,分别介绍了两个模块的结构和推荐机制。本地EPG推荐模块由移动端和固定端两个子模块构成,移动端由于处理能力较低而采用轻量级结构,EPG可以随客户端所处场景的不同,在不同终端间跳转。用户间相互推荐模型,利用P4P网络在IPTV用户间建立信息交换网络,可实现IPTV用户间的EPG推荐信息交换和相互推荐功能。本文针对现有基于P2P的IPTV系统存在的不足,通过IMS与基于P2P的IPTV融合,实现了对基于P2P的IPTV业务的有效管理;提出了一个基于IMS和P4P的IPTV架构,解决了基于P2P的IPTV网络存在的缺陷;提出了一种新的网络路由选择策略,平衡网络负载,降低网络流量;提出了一种加快频道启动/切换的速度以优化QoS的方法;提出了一种EPG混合推荐模型,可完成用户间EPG信息交换和推荐。所取得的研究成果有助于促进IPTV服务的发展,使用户能够随时随地方便快捷地享用各种优质的多媒体服务。

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 IPTV的发展现状

1.2.1 IPTV定义、结构及业务类别

1.2.2 IPTV国内外发展状况

1.2.3 IPTV的标准化进程

1.3 基于P2P的IPTV及其发展现状

1.3.1 基于P2P的IPTV的体系结构

1.3.2 基于P2P的IPTV在国内外的发展状况

1.3.3 基于P2P的IPTV面临的关键技术问题

1.4 基于IMS和P4P的IPTV架构

1.4.1 基于IMS和P2P的IPTV架构

1.4.2 基于IMS和P4P的IPTV架构

1.4.3 基于IMS和P4P的IPTV架构的关键技术问题

1.5 研究内容及主要创新点

1.6 论文的组织结构

第2章 基于IMS和P4P的IPTV相关技术

2.1 IPTV系统的体系结构

2.1.1 IPTV系统的体系结构的发展

2.1.2 NGN综述

2.1.3 Non-NGN IPTV体系结构

2.1.4 NGN Non-IMS IPTV体系结构

2.1.5 NGN IMS-based IPTV体系结构

2.2 IP多媒体子系统

2.2.0 IMS的发展现状

2.2.1 IMS的体系结构

2.2.2 SIP协议

2.3 P4P技术概述

2.3.1 P4P概念及发展现状

2.3.2 P2P技术简介

2.3.3 P4P框架

第3章 基于P2P的IPTV业务有效管理研究

3.1 问题提出

3.2 基于IMS和P2P的IPTV系统体系结构

3.3 对基于P2P的IPTV业务有效管理的分析

3.3.1 对单一IPTV服务的有效管理的分析

3.3.2 对服务跳转的支持

3.3.3 对增值多媒体业务的支持

3.3.4 会话过程实现涉及到的协议

3.4 小结

第4章 基于IMS与P4P的IPTV架构与网络路由选择策略研究

4.1 引言

4.2 IP4PTV架构

4.2.1 问题提出

4.2.2 IP4PTV架构

4.3 IP4PTV网络路由选择策略研究

4.3.1 问题提出

4.3.2 IP4PTV网络路由选择策略NRSP

4.3.3 NRSP有效性的论证

4.3.4 NRSP的实现算法

4.3.5 NRSP的优势

4.4 IP4PTV架构的信令流程

4.4.1 内容提供商发布VOD

4.4.2 注册与登录

4.4.3 用户订阅

4.4.4 建立连接及多媒体流的传输

4.5 IP4PTV架构与NRSP策略模拟仿真实验与评价

4.5.1 实验环境与参数设置

4.5.2 性能评价

4.6 本章小结

第5章 基于IMS与P4P的IPTV系统的频道启动/切换时间模型

5.1 问题提出

5.2 频道启动和切换模型

5.2.1 频道启动及切换时间

5.2.2 频道启动/切换模型

5.2.3 频道启动

5.2.4 频道切换

5.2.5 频道退出

5.3 实验与验证

5.3.1 实验环境

5.3.2 实验验证与结果分析

5.4 小结

第6章 支持用户互相推荐的EPG推荐模型

6.1 问题提出

6.2 研究背景

6.2.1 EPG概念

6.2.2 EPG的种类

6.2.3 EPG的系统组成和运行机制

6.2.4 EPG推荐

6.3 一种支持用户互相推荐的混合EPG推荐模型

6.3.1 本地EPG推荐模块

6.3.2 用户间EPG推荐模块

6.4 用户相互推荐EPG模型的推荐机制

6.5 用户相互推荐EPG模块的通信机制

6.5.1 用户节点加入EPG推荐信息交换网络

6.5.2 用户间EPG推荐的通信过程

6.6 用户相互推荐EPG系统的原型系统

6.7 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 内容总结

7.2 主要贡献和创新点

7.3 未来研究与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

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