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IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem,IMS)体系结构中,媒体传输采用完全依赖承载网络的单径传输模式,虽然易于实现传输服务质量(QoS)保证,但网络传输整体效率低下,存在网络流量和负载集中、网络资源调度困难等诸多问题,难以有效支撑“媒体内容分发”类业务,严重制约了IMS应用发展和业务创新。基于应用层路由的重叠网络构建实时媒体多径传输模型,是实现IMS媒体传输技术升级的一种重要方式。面向“媒体内容分发”的IMS重叠网络模型,与Internet P2P网络不同,除了提升网络资源效率,还涉及到支持IMS信令交互、QoS策略等诸多问题,目前还没有成熟的解决方案。本文在查阅大量有关IMS、P2P和CDN技术文献基础上,结合“媒体内容分发”业务需求特征,深入研究了基于应用层路由构建相关重叠网络模型的方法。主要研究包括：1)提出了一种基于改进的Chord协议的分层分域IMS重叠网络模型。将CDN技术引入到P2P重叠网络中,定义了相关网络拓扑、节点行为,设计了分层分域的Chord路由算法,深入讨论了模型相关的媒体内容分发流程。2)在上述研究基础上,进一步提出一种支持IMS信令交互的、基于Chord的P4P可管控的重叠网络模型。改进P4P框架,把改进的Chord算法与P4P系统相融合,设计了改进的P4P网络查询方法及appTracker-based和appTracker-less的搜索过程和控制机制。3)研究了重叠网络仿真方法,基于OMNeT斗仿真平台和OverSim框架,建立了相关网络仿真系统,实现了对目标模型的仿真验证。本文主要借助Internet P2P技术构建面向“媒体内容分发”的IMS重叠网络模型,在网络模型设计方面重点考虑支持与IMS信令体系的融合交互以及网络模型的“管控”特征。实验表明,目标网络模型可以支持IMS媒体内容P2P模式分发,达到了预期研究目标。