应用层组播研究进展

组播技术是一种针对多点传输和多方协作应用的组通信模型,有高效的数据传输效率,是下一代Internet应用的重要支撑技术。早期的组播技术研究试图在IP层提供组播通信功能,但IP组播的实施涉及到对现有网络基础设施的调整,因此,大规模应用受到限制。近两年来,随着Peer-to-Peer(P2P)研究的兴起,基于应用层的组播技术也逐渐受到广泛关注。应用层组播协议将组成员节点自组织成覆盖网络,在主机节点实现组播功能,为数据多点并发传输提供服务。将组播功能从路由器迁移到主机上能有效解决许多与IP组播有关的问题,但同时也带来了一些新的挑战。本文分析了目前应用层组播研究的主要内容及技术特点,描述了协议设计所涉及的关键技术及面临的主要挑战,总结了现有工作及相关进展。     

应用层组播转发树节点选择策略研究

应用层组播解决了网络层组播难于部署的问题,但是效率不及网络层组播。针对如何构建一棵高效的应用层组播转发树的问题,重点研究了基于最小路径延迟、基于最大链路带宽、基于最近网络拓扑三种父母节点选择策略对转发树通信效率的影响。仿真实验结果证明,在约束节点度前提下,不同的网络规模中,基于最小路径延迟方法生成树的平均延迟、平均加入时间最小,更适合于延迟敏感型的应用。     

一种利用双路径组播树提高应用层组播稳定性的方案

应用层组播作为IP组播的替代方案,具有简单灵活、容易部署的优点,在分布式多媒体通信领域获得了广泛的应用.但其存在组播树稳定性的问题,发展受到了限制.该文提出一种双路径组播树方案,采用两个组播树传输和转发不同内容的数据,在节点加入或者退出组播组时,不需要重新构建组播树,其它节点仍然可以接收到可接受的多媒体数据,从而减少故障恢复的时间,提高应用层组播的稳定性,改善应用层组播的性能.最后通过计算机仿真,表明该方案在节点加入和退出时减少了故障恢复时间,维护了组播树的稳定性,具有良好的性能改善和显著的优点,适合多媒体业务传输.     

应用层组播稳定性提高技术综述

互联网上组通信应用的日益普及和传统IP组播发展面临的困境导致应用层组播逐步受到广泛关注.将组播功能从路由器迁移到主机能够有效解决许多与IP组播相关的问题,但同时也带来一些新的挑战,如应用层组播稳定性问题.文中概述了应用层组播的数据传输模型、组播树构造算法和协议性能评价标准,阐述了应用层组播稳定性问题产生的原因,提出了衡量应用层组播稳定性的标准,分析了影响应用层组播稳定性的因素,根据影响因素将应用层组播稳定性提高技术分类为降低节点离开事件发生频率的方法、缩小节点离开事件影响范围的方法以及缩短节点离开事件发生后组播树恢复时间的方法,并介绍了各种应用层组播稳定性提高技术,展望了该领域未来的研究工作.     

应用层组播协议研究与算法设计

提出了一个基于应用层的能够实现大规模视频直播的单源组播协议ALSSMP.在ALSSMP中采用树拓扑优先的方法来构造组播转发树.在组播树的维护方面,利用PRL算法为转发树中每一个非叶结点预先选择一个"备用父结点"以设置冗余链路,并对该算法从时间复杂度和空间复杂度方面进行了理论分析和研究.ALSSMP协议既继承了应用层组播的优点,又在一定程度上克服了应用层组播的不稳定性的特点,使组播树的稳定性和可靠性大大提高.     

基于不定叉树的应用层组播协议

本文提出了一个适合小规模、低时延,基于不定叉树的应用层组播协议,重点讲述了协议的设计思想、节点故障修补算法和性能优化方法。协议已被成功应用到一个视频会议系统中,结果表明,这样的一个协议能很好的适应目前Internet上小规模多媒体应用层组播系统。     

应用层组播树性能的测量研究

针对应用层组播中构建组播树的三种不同算法对组播树性能影响进行了研究,包括各节点的吞吐量和组播树的稳定性,在PlanetLab分布式实验床上进行了实际的测量和分析。结果表明最大带宽组播树算法构建的组播树有最好的吞吐量和稳定性;最短路径树算法也有很高的稳定性,其吞吐量比随机组播树算法有所提高,但差于最大带宽组播树算法。     

基于不定叉树的应用层组播协议

本文提出了一个适合小规模、低时延,基于不定叉树的应用层组播协议,重点讲述了协议的设计思想、节点故障修补算法和性能优化方法。协议已被成功应用到一个视频会议系统中,结果表明,这样的一个协议能很好的适应目前Internet上小规模多媒体应用层组播系统。     

基于Internet应用层组播在流媒体中的应用

根据流媒体的特性阐述了在Internet上应用层组播应用在流媒体中的结构设想，以及建立一个最大平均接收速率的应用层组播树的分布式算法。在结构设想中加入中心结点克服了系统中复杂查询，结点出现故障时及时发现并修复，以及与成员之间有效的控制消息交换补偿可扩展性；在分布式优化算法中将组中的成员根据“能力”和最大平均接收速率建树，使得组播树更加稳定和健壮，也提高了树的自适应性，而且描述了这个算法的状态变量的估算。     

安全高效的应用层组播系统

本文提出了一种安全高效的应用层组播系统,系统可以根据接收者对延时和带宽的要求,提供组播服务,系统中综合采用了点到点加密和整组同一密钥加密两种技术,以较低的系统开销保证了数据的安全性。     

改进的聚合组播算法

针对组播状态可扩展性问题进行研究, 提出了一种改进的聚合组播算法。该算法在动态在线聚合组播算法的基础上, 确定匹配时可行的聚合树范围, 以减少匹配和计算次数, 降低时间复杂度; 改进最优匹配聚合树的选择算法, 并对网络中聚合树进行定期调整, 以优化聚合树结构, 去掉不必要的中间节点, 提高聚合度, 降低节点转发状态。仿真实验表明, 与同类算法相比, 该算法能够以较低的时间复杂度, 取得较高的聚合度和转发状态降低率, 在并发组播组数目较高和组密度较高时效果更加明显。     

一个基于应用层的单源组播协议设计

由于IP组播在实现过程中遭遇了很多困难,所以应用层组播就成了Internet应用研究的热点。本文在简单地论述了应用层组播的优缺点后,提出了一个基于应用层的单源组播协议ALSSMP。此协议设计的目的是能够实现大规模直播视频。在ALSSMP中采用树拓扑优先的方法来构造组播转发树。在组播树的维护方面,利用为转发树中每一个结点预先选择一个"备用父结点"以设置预留链路思想的PCP算法。该协议既继承了应用层组播的优点,又在一定程度上克服了应用层组播的不稳定性的特点,使组播树的稳定性和可靠性大大提高。     

一种分层分簇的应用层组播方案

在对NICE应用层组播协议研究的基础上,提出了一种新的应用层组播方案LCcast。它采取分层分簇的结构特征,从簇中选择出能力强的领导节点用Chord环组织起来。在数据传输方面,使用Chord环中定义的指向表并结合Dijkstra算法生成最小延迟的组播树,从而减少了传输延迟。同时,为了防止数据包丢失,对每一个簇选择了一个备用领导节点集合。仿真结果表明,LCcast组播方案在一定程度上减少了时间延迟,提高了平均数据传输率,降低了控制开销和领导节点的负载。     

Uncertain multicast under dynamic behaviors

Multicast transfer can efficiently save the bandwidth consumption and reduce the load on the source node than a series of independent unicast transfers.Nowadays,many applications employ the content replica strategy to improve the robustness and efficiency;hence each file and its replicas are usually distributed among multiple sources.In such scenarios,the traditional deterministic multicast develops into the Uncertain multicast,which has more flexibility in the source selection.In this paper,we focus on building and maintaining a minimal cost forest(MCF)for any uncertain multicast,whose group members(source nodes and destination nodes)may join or leave after constructing a MCF.We formulate this dynamic minimal cost forest(DMCF)problem as a mixed integer programming model.We then design three dedicated methods to approximate the optimal solution.Among them,our a-MCF aims to efficiently construct an MCF for any given uncertain multicast,without dynamic behaviors of multicast group members.The d-MCF method motivates to slightly update the existing MCF via local modifications once appearing a dynamic behavior.It can achieve the balance between the minimal cost and the minimal modifications to the existing forest.The last r-MCF is a supplement method to the d-MCF method,since many rounds of local modifications maymake the resultant forest far away from the optimal forest.Accordingly,our r-MCF method monitors the accumulated degradation and triggers the rearrangement process to reconstruct an new MCF when necessary.The comprehensive evaluation results demonstrate that our methods can well tackle the proposed DMCF problem.     

基于覆盖组播的应用层组通信服务系统

网络层组播是提供一对多或者多对多通信的最佳方式,但是由于其在技术上和非技术上的原因难以在Inteme上部署。设计和实现了一种基于覆盖组播的组通信服务系统,为组通信应用提供组播服务。这个系统独立于路由器的组播机制,能够快速实现与应用系统的集成,而且能够利用多种传输协议,为构建基于Internet的组通信应用系统提供了有效的支持。     

基于关键节点时延约束低代价组播路由算法

针对时延约束下低代价组播树的构建方法,提出了一种基于关键节点的时延约束低代价组播路由算法.该算法对已有的动态时延优化的链路选择函数进行改进,并加入关键节点和关键次数的概念.在首次选择目的节点时,重点考虑关键节点和关键次数因素,降低了选择低代价链路的时间复杂性,再利用改进后的链路选择函数依次选择节点加入树中,进而产生满足要求的组播树.实验仿真结果表明,该算法不仅能正确构建出时延约束低代价组播树,且与其他算法相比,构成组播树所需平均时间更少.     

Distributed dynamic mobile multicast

Traditional mobile multicast schemes have either high multicast tree reconfiguration cost or high packet delivery cost. The former affects service disruption time while the latter affects packet delivery delay. Although existing region-based mobile multicast schemes offer a trade-off between two costs to some extent, most of them do not determine the size of the service range, which is critical to network performance. In this paper, we propose a novel approach, called Distributed Dynamic Mobile Multicast (D²M²), to dynamically determine the optimal service range according to the mobility and service characteristics of a user. We derive an analytical model to formulate the costs of multicast tree reconfiguration and multicast packet delivery. The model is based on a Markov chain that analyzes a mobile node’s movement in a 2D mesh network. As the complexity of computing steady probability is high, we aggregate the Markov states by leveraging mobility symmetry. Simulation shows that the network performance is enhanced through D²M².     

微粒群优化的应用层组播路由算法

作为一种基于应用层的多用户数据共享方案,应用层组播在互联网中的应用日益广泛。然而目前应用层组播仍然面临着延迟过大、终端负载过重等问题。针对应用层组播的路由转发特征,将应用层组播问题抽象为度和延迟约束的最小生成树问题,进而提出了一种新的基于微粒群优化（Particle Swarm Optimization,PSO）的应用层组播路由算法。仿真实验表明,算法有着良好的扩展性和较高的效率。     

时延约束动态不重组组播路由优化

针对时延约束的组播路由问题,提出了一种动态不重组组播路由算法NDMADC。算法将DGA和Floyd最短路径优化算法相结合,确保节点在满足时延约束的前提下动态选择到组播树有最小代价的路径加入组播会话。由于采用贪心算法思想,NDMADC算法保证了节点加入组播树时不需要组播树重组。仿真表明,该算法能正确地构造出满足时延约束的组播树,具有较低的代价和计算复杂度。     

基于移动代理的QoS多播路由技术研究

随着大量新型的多媒体在高性能网络、移动网络及Internet中的应用,满足QoS约束的多播路由协议越来越重要.针对目前多播路由协议无法同时满足可扩展性和高成功率,提出了一种新的以移动代理为基础的QoS多播路由协议(MAQMR).该方法允许多播协议在移动代理间实现并在代理所访问的每个结点得到动态应用.不同于单播路由,移动代理以并行和分布形式协作方式来构建多播树,同时使消息开销最小化并满足QoS要求.