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随着Internet网络发展,以及人们对便捷通信的需求日益迫切,IP通信被推到Internet应用的前端,并逐渐向统一通信(EoIP, Everything over IP)发展。由于Internet网络的尽力而为(Best Effort)服务,无法提供服务质量保证,使得IP通信系统面临着严重的媒体QoS问题,阻碍了其进一步发展。因此,针对IP通信QoS问题的研究意义重大。本文在现有解决方案的基础上,结合目前热门的SIP信令协议、P2P技术、应用层路由技术,提出了一种信令集中式、媒体传输P2P的SIP通信体系结构,SIP+P2P通信系统,用来解决IP通信的QoS问题。针对SIP+P2P系统的关键问题,如路径协商机制、路径质量评价模型、P2P Relay网络的覆盖模型、P2P Relay查找机制以及路由优化策略,分别提出了对应的解决方案。具体而言,本文的主要研究工作有：(1)在对现有IP通信系统的体系结构研究进行评价后,提出了一个SIP+P2P系统框架：采用集中式的SIP信令,P2P方式的媒体传输；通过P2P方式的应用层路由网络提高媒体传输性能。在该框架中,扩展SIP信令,设计了一种多路径协商和建立机制,以提供多路径路由机制；针对路径质量的评价问题,提出一种基于网络参数的路径质量评价模型。(2)针对SIP+P2P系统的P2P Relay覆盖网络问题,提出了一种混合式的P2P Relay覆盖网络模型——中继服务Cluster Overlay网络(RSCON).该模型能够模拟真实Internet网络拓扑的层次性和聚集特性,较好地解决了P2P Relay覆盖网络模型问题。进一步,针对现有Internet的拓扑复杂性,对RSCON提出了改进方法,改进模型能较好地兼容复杂的Internet拓扑现象。实验和分析证明,RSCON及其改进模型都具有很好的可伸缩性能和较低的相对路径质量,从而表明RSCON与真实的网络拓扑十分接近。(3)在RSCON模型基础上,提出一种拓扑感知的Relay查找机制。与传统算法相比,该机制能有效地挖掘网络拓扑信息。进一步,针对复杂的Internet拓扑问题,在改进的RSCON模型基础上,提出了拓扑感知Relay查找机制的相应改进方案,较好地发掘了TIV(三角不等式破坏)现象。仿真结果表明,与其他机制相比,拓扑感知的Relay查找机制具有较高的查找命中率和路径质量效率。(4)最后,在SIP+P2P系统的多路径路由机制基础上,针对各种典型的应用问题分别提出了三种路由优化方法：1)针对单媒体流的动态路径切换方法；2)针对多业务流的分离传输方法；3)针对高带宽业务的并行传输方法和智能路由控制。路径切换方法针对单个业务的媒体流,根据候选路径的性能变化,选择最优的路径进行切换,从而保证了整体的端到端路径质量。分离传输方法针对多个业务的媒体流,为每个媒体流分别选择路径分离传输,并分离地切换,有效地提高潜在的带宽。并行传输机制针对高带宽需求的业务媒体流,将流量分布到多条路径中,并通过智能算法控制路由,实现了负载均衡,提高了端到端带宽性能。文中对上面的路由优化方法进行了实验验证,实验结果显示,以上方案能有效的改进IP通信系统的QoS性能。QoS问题是目前IP通信系统的关键问题。本文研究IP通信的QoS问题,提出一种P2P方式的应用层路由解决方案,对促进我国IP通信产业的发展,增强我国通信产业在技术和标准方面的竞争力有着重要意义。