覆盖网络组播是利用用户节点端到端传输功能,在应用层转发数据的组播方式,相对网络层组播因协议复杂、可扩展性及部署维护费用等问题未能广泛部署,覆盖网络组播则由于不需要改变网络基础设施、易于实现和结构灵活等特点而受到重视,是大规模流媒体分发的重要方案。对于流媒体覆盖组播分发网络,需要考虑拓扑感知、容量/带宽约束及树深度、延迟、负载均衡等性能优化问题。本文针对覆盖网络组播关键问题,提出基于分层聚类的覆盖网络模型,覆盖网络在总体结构上根据节点位置分布进行分层位置聚类,以实现拓扑感知与提高网络效率;通过对聚类的分层管理与分层构建,简化构建算法和降低管理开销,提高结构可扩展性。在位置聚类方法方面,本文采用了以网络坐标计算网络距离为基础的位置聚类算法,并通过实验验证了该算法的有效性。通过对聚类覆盖网络组播树生长特点的分析,本文提出了基于节点适应度搜索父节点实现性能优化的聚类覆盖网络构建方法,并通过定义组合适应度函数实现兼顾负载均衡与树深度性能的多目标优化。理论分析和实验仿真表明,通过调节组合系数,能够在树深度和负载均衡性能优化之间取得适当的折衷,尤其相对于单目标优化,能够以一项性能的小幅降低换来另一性能较大提高,从而取得更好的综合性能。在约束条件处理方面,通过采用分步处理的二步法以较小的测量开销实现容量和带宽约束判断。为了降低构建算法开销,本文基于随机游走理论提出了基于预期适应度有偏游走(eP-RW)搜索父节点的构建算法,实验与仿真结果表明,在异质网络中构建多目标优化聚类覆盖网络时,基于有偏游走搜索的算法能以O(<dp(g)>)的游走步长取得接近全局搜索的性能;其中<dp(g)>(平均树深度)与网络规模存在对数关系并受网络异质性与组合系数影响;网络异质性和组合系数越大,平均树深度越小,同等性能所需游走步长越短。本文实现了流媒体覆盖网络组播分发的原型系统,并通过原型系统实验验证了聚类覆盖网络模型和构建算法是有效和可行的。