基于QoS保障的寬帶網(wǎng)絡(luò)視頻的流調(diào)度策略及緩存管理策略.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)走向?qū)拵r(shí)代，是不可阻擋的趨勢(shì)。近年來(lái)，隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)也成為寬帶新業(yè)務(wù)的寵兒，如IPTV、寬帶視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等寬帶網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)。另一方面，流媒體在寬帶網(wǎng)絡(luò)上的傳輸，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了保證寬帶網(wǎng)絡(luò)能夠商業(yè)運(yùn)營(yíng)成功，一方面，要提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，另一方面要保證客戶端能夠接收到QoS良好的媒體流。這兩個(gè)方面都直接影響到寬帶視頻業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)之間的競(jìng)爭(zhēng)力，前者(價(jià)格)與提供寬帶視頻業(yè)務(wù)所消耗

2、的系統(tǒng)資源直接相關(guān)：具體地說(shuō)系統(tǒng)資源包括網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)傳輸花銷的資源、視頻服務(wù)器資源和I/O資源、客戶端所需要的buffer以及多媒體代理服務(wù)器的緩存資源，后者(QoS)包括視頻接收質(zhì)量、點(diǎn)播的啟動(dòng)延遲時(shí)間、VCR互動(dòng)功能以及公平性等等。如何保證客戶端接收到良好QoS視頻的同時(shí)，盡量通過(guò)流調(diào)度技術(shù)和緩存管理技術(shù)來(lái)節(jié)約系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源，是當(dāng)前流媒體技術(shù)研究和改進(jìn)的方向。 作為流媒體關(guān)鍵技術(shù)之一的媒體流調(diào)度策略，對(duì)合理地分配系統(tǒng)資源起

3、到了重要的作用。媒體流調(diào)度策略分為靜態(tài)流調(diào)度策略和動(dòng)態(tài)流調(diào)度策略，本文分別在第二章和第三章對(duì)靜態(tài)流調(diào)度策略和動(dòng)態(tài)流調(diào)度策略做了一定的研究。視頻服務(wù)器I/O帶寬(網(wǎng)絡(luò)帶寬)需要量、客戶機(jī)端的buffer需要量和啟動(dòng)延遲時(shí)間的大小，是衡量靜態(tài)調(diào)度算法性能好壞的三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。本文第二章在對(duì)MPB方法深入分析的基礎(chǔ)上提出了一種避免冗余、交替?zhèn)鬏數(shù)慕鹱炙R像廣播算法(ARIT-MPB)，與傳統(tǒng)的MPB方法相比，它能減少視頻服務(wù)器I/O帶寬(網(wǎng)絡(luò)帶

4、寬)需要量、客戶機(jī)端的buffer需要量，同時(shí)也能大幅減少啟動(dòng)延遲時(shí)間。本文在第三章中，首先構(gòu)建了基于“隨意的點(diǎn)播時(shí)刻”和“從隨意的節(jié)目時(shí)刻開始點(diǎn)播”的二維空間模型，建立了周期補(bǔ)丁算法的流方程，并推導(dǎo)出能夠合并入組播流方程的可行解。其次，提出了一種資源耗費(fèi)模型，并推導(dǎo)出最優(yōu)周期常數(shù)Period的數(shù)學(xué)解析表達(dá)式，指出最優(yōu)組播分段數(shù)k與節(jié)目訪問強(qiáng)度λ的平方根成正比；再次，給出了補(bǔ)丁流消耗帶寬的波動(dòng)圖；接著把結(jié)論推廣到多節(jié)目的情況，并得到在多

5、節(jié)目情況下資源分配的優(yōu)先策略。另外第三章還提出了一種補(bǔ)丁策略一多次二級(jí)組播補(bǔ)丁流算法，該算法通過(guò)對(duì)補(bǔ)丁流的多次二級(jí)組播，能夠增加節(jié)目流共享的比重，并能減少系統(tǒng)在補(bǔ)丁流上的資源花銷。 利用代理服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)于遠(yuǎn)端服務(wù)器上的內(nèi)容進(jìn)行緩存(Cache)也是一種能夠提高流媒體QoS和節(jié)約資源開銷的關(guān)鍵技術(shù)。第四章首先提出了部分支持VCR操作的前綴緩存算法，能夠提高VCR互操作功能以及減少啟動(dòng)延遲，并指出當(dāng)系統(tǒng)分配給視頻對(duì)象Vi的前綴緩存與

6、節(jié)目的訪問強(qiáng)度^的立方根成正比，與3√lli2成正比(其中，li是視頻對(duì)象Vi的長(zhǎng)度)時(shí)，服務(wù)器帶寬取最小值；最后針對(duì)遠(yuǎn)程網(wǎng)上購(gòu)物等寬帶視頻業(yè)務(wù)，提出了一種基于未來(lái)命中率期望值的緩存替換算法。 視頻點(diǎn)播是一個(gè)具有廣闊前景的寬帶業(yè)務(wù)。在第五章中，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)例，給出了一個(gè)實(shí)用的視頻點(diǎn)播設(shè)計(jì)框架，并采用了許多先進(jìn)的流媒體技術(shù)，如用分層設(shè)計(jì)的方法來(lái)避開系統(tǒng)瓶頸；多客戶管理方案；對(duì)客戶機(jī)端buffer采取合適的控制策略，以及RTP/RT