随着三网融合业务的迅猛发展，以IPTV、视频点播及网络直播等为代表的流媒体应用不断涌现。这些应用都拥有庞大的用户规模，适合采用一对多的传输方式。组播技术是一种高效的点到多点数据分发手段，能够有效节省网络资源，减少互联网带宽压力。然而，在大规模流媒体组播应用中，组播路由的自适应性、规模的可扩展性和流量传输的可控性等问题，对现有的组播传输技术提出了巨大挑战。因此，研究大规模流媒体组播传输技术具有十分重要的意义，成为网络传输领域学术界和工业界共同关注的热点。本文针对大规模流媒体组播传输的几个关键问题，深入分析了组播路由协议和算法、体系结构以及传输控制等方面的发展现状，提出了一种基于标播的流媒体传输体系结构，重点研究了基于邻居梯度的组播路由技术、基于Bloom filter的可扩展组播转发引擎和基于服务等级的边缘到边缘动态组播流量控制技术，并在此基础上设计和实现了标播交换节点原型，并对标播流媒体原型系统进行了部署和测试。主要贡献包括以下几个方面：1、提出了一种基于标播的适合于大规模流媒体传输的体系结构LMTA。LMTA将IP接入网络和骨干承载网络隔离，根据流量的特点，骨干承载网络采用标播网络或者经典IP核心网络。LMTA主要设备包括本地媒体中心、标播交换节点、核心路由器、客户端和内容服务器等。本地媒体中心LMC是IP接入网络和骨干承载网络之间重要的控制和转发入口，综合了标签控制器、组成员管理器和边缘路由器的功能。LMTA利用标播传输协议LTP对流媒体数据进行标签交换转发。LMTA对不同类型的流量采用不同的骨干承载网络，具有较好的自适应性和可扩展性。2、针对标播网络和经典IP核心网络的组播路由自适应性问题，提出了一种策略可配置的组播服务模型PMSM，分为策略管理平面、路由控制平面和数据转发平面三个平面，能够将策略灵活地扩展到组播服务模型中。基于此服务模型，定义了邻居梯度的概念和转发规则，综合考虑共享组播树路径、链路剩余带宽、跳数等因素。在此基础上，提出了静态组成员的邻居梯度组播路由算法GMR-S和动态组成员的邻居梯度组播路由算法GMR-D。在根据邻居梯度建立组播树时，利用发现消息和反馈消息进行路由计算。模拟实验显示了该算法的有效性和灵活性。与其他经典的组播算法相比，GMR-S的呼叫受阻率最低，同时组播树代价和平均跳数具有良好的性能，GMR-D能够有效地适应组播树的改变并优化组播树。3、针对经典IP核心网络中核心路由器组播转发可扩展性问题，提出了一种基于Bloom filter的可扩展组播转发引擎BSM。BSM采用Bloom filter保存组播转发信息，路由器的组播信息建立、删除和更新由组成员管理协议来完成，BSM用(s,G)来标识一个组播组，其中s为源的单播地址，G为由源分配的标准的D类组播地址。组播转发信息保存在接口的Bloom filter中，当组播数据报文到达路由器接口时，对报头中的组标识(s,G)进行hash计算，如果匹配成功，则从相应的接口转发。模拟实验表明，BSM不仅可以支持大规模组数量，同时也支持大规模长时间在线的组成员，具有较高的转发效率和较低的带宽消耗。4、针对组播流量的可控性问题，提出了一种与骨干承载网络无关的基于服务等级的边缘到边缘动态组播流量控制机制E2E-DFCM。发送端根据报文对视频质量的影响在报文标记上质量影响标识，发送端视频网关对组播报文进行分类、服务等级映射和标记，并周期性地向接收端视频网关发送前馈报文，接收端视频网关将延迟和报文丢失率等信息反馈给发送端视频网关。发送端视频网关根据网络状况和接收端服务等级的变化动态地调整发送速率。模拟结果显示E2E-DFCM能够有效地调整发送速率，满足用户服务等级的异构性，适合大规模流媒体组播传输。5、基于上述关键技术的研究，设计并实现了基于NetMagic平台的标播交换节点原型。NetMagic有一个内置的用户模块UM，提供了灵活的硬件逻辑可重构功能，通过对UM模块的设计来实现对LTP报文的处理。标播交换节点在处理LTP报文时主要进行修改报文头部的时间戳域和TTL域、重新计算IP头校验、查找标签表获取下一跳输出并替换报头的标签域等处理。同时，实现并部署了标播流媒体传输原型系统。通过建立真实的实验环境对流量进行监测，根据监测结果选择合适的路径进行转发。原型系统的测试验证了流媒体传输体系结构LMTA的可行性和有效性。标播流媒体传输原型系统已经在部分商用IPTV传输平台部署，完成了总体设计、详细设计以及关键技术的实现。综上所述，本文研究工作针对大规模流媒体组播传输中存在的自适应性、可扩展性和可控性方面存在的问题，围绕流媒体组播传输技术展开研究，对于推进组播在流媒体传输中的实际部署具有一定的理论意义和应用价值。