IMS媒体传输模式采用完全依赖承载网络的单径传输模式,存在着端到端的QoS保证困难、带宽瓶颈效应突出、传输效率低下等问题,严重制约了IMS业务的发展。通过应用层中继实现IMS媒体多径传输,有助于克服带宽瓶颈,并通过路径冗余实现QoS保证的传输,是提升IMS应用媒体传输能力和效率的一种重要手段。构建基于应用中继的多径传输,需要综合考虑应用中继节点的重叠网络组织方式、多径传输路径选择、业务相关的QoE和应用层QoS评价、多径传输控制机制和协议等多方面问题。本文围绕应用中继节点的重叠网络组织模型和相关路径选择算法问题展开研究,这方面的研究成果主要是为多径传输控制提供支撑。在应用中继节点的重叠网络组织方面,目前并没有有影响的研究成果,本文重点参考典型的P2P网络组织模型,结合媒体中继应用需求和特征,提出了一种R-Cluster网络组织模型。该模型将中继节点根据不同的ISP或者AS进行聚类,同时将中继节点按照中继能力和管理能力分为簇首管理节点、超级中继节点和普通中继节点；讨论了相关的网络拓扑和节点加入与离开网络的算法。该网络模型的组织一方面有利于中继路径的生成和管理,另一方面要尽可能支持路径多样性。在路径选择算法方面,分析了不相交路径的分类和特征,业务需求和路径QoS条件的关系,提出了一种支持QoE预测的多径传输路径选择算法。该算法除了要求路径条件满足带宽、时延等业务需求,还尽量选择“不相交”特征的路径,提升路径冗余能力。论文最后通过OMNET++网络仿真软件对中继节点R-Cluster网络组织和多径传输路径选择算法进行了仿真评价,验证了该网络模型和路径选择算法具有合理性和可行性。