为解决大规模流媒体应用在Internet上推广的问题,研究人员提出了在基于TCP/IP协议体系结构构建的覆盖网中部署组播通讯的方案——应用层组播。应用层组播由覆盖网中的端节点来完成组播的存储转发,在覆盖网中实现组播功能。由于组播系统中端节点的异质性和P2P的传输方式,造成了应用层组播性能的不稳定,增大了数据链路的压力和传输延迟,降低了组播效率。因此,研究应用层组播在大规模流媒体应用中的可扩展性和鲁棒性有较大的理论意义和实用价值。目前,基于应用层组播的流媒体系统中可扩展性和鲁棒性研究已取得的了一些成果,在此基础上,本文以提高视频解码质量为中心开展了以下研究工作。基于数据包时序的层次拓扑构造方法提出了一种基于单数据流层次拓扑结构的应用层组播模型——SHMHD,并对组播数据采用更细粒度的划分和多对一的传输来提高带宽的利用率。SHMHD使用具有一定冗余度的带宽映射机制来避免数据传输中可能发生的拥塞,并在数据请求与和传输过程中,引入以上传数据量作为节点出度约束的方法,提高了节点的贡献率。为提高数据传输的可靠性,SHMHD通过减小父节点集和提高可用带宽的方法对层次结构进行优化。实验表明,SHMHD所构造的层次模型与NICE相比,具有更高的数据接受率,更短的传输路径,且对于视频码率和带宽分布的变化有较强的自适应能力。结合多描述编码技术,提出了一种多树拓扑结构中最大同步描述的获取方法——MSD。MSD中节点以最小延迟的加入方式构造多组播树结构,并通过最大覆盖算法,以增加可接受的延迟为代价来获取最优同步描述集,提高了节点的视频接受质量。MSD利用节点在多树中可用描述的不同步特性,采用异步的多级缓冲管理方法来充分发掘节点的转发能力,提高了节点的数据接受率。仿真试验结果说明,与CoopNet相比,MSD以增加可接受的控制开销和延迟为代价,提高了端节点所接收视频的质量,并且对于高动态和异构的覆盖网有很强的自适应能力,具有较好的可扩展性。提出了一种基于自适应多描述编码的层次结构组播机制——HMDC。HMDC中的组播节点通过汇聚点RP来实现自组织的覆盖网络拓扑,节点与相邻的上/层节点之间通过多对一的传输方式实现描述的同步。在HMDC的实现中,根据带宽统计模型对编码中描述的码率和数量进行双向调整,满足了不同带宽节点对视频质量的不同需求；通过改进源节点、汇聚点和端节点的多级混合控制的同步方式,降低了由于自适应编码所带来的系统延迟和抖动。本文给出的描述资源均匀分布的分布式算法加快了组播过程的收敛,实现了节点的快速加入和恢复。改进的最大覆盖算法能够同时获取最大的描述集以及对描述请求的最大分布,提高了HMDC的健壮性。仿真实验证明,与CoopNet相比,HMDC虽然需要较高的控制流量开销,但是所带来的性能提高是显著的,HMDC提高了节点的数据接受率,降低了链路强度,在异构和动态环境中实现了较好的鲁棒性和可扩展性。