面向網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)的隨機(jī)優(yōu)化問(wèn)題研究.pdf

1、隨著進(jìn)入日新月異的信息科學(xué)技術(shù)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)已經(jīng)成為當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用之一。視頻流媒體被廣泛的應(yīng)用于在線視頻，交互式網(wǎng)絡(luò)電視，移動(dòng)電視服務(wù)。許多設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)，例如帶寬缺乏，存儲(chǔ)容量限制，隨機(jī)信道質(zhì)量波動(dòng)，多用戶的公平性資源分配，都需要解決。而這些領(lǐng)域中存在著大量的隨機(jī)優(yōu)化問(wèn)題。本文對(duì)其中兩個(gè)重大問(wèn)題進(jìn)行研究：大規(guī)模視頻服務(wù)器集群節(jié)能問(wèn)題，基于用戶體驗(yàn)的可伸縮視頻的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題。
　　 服務(wù)器節(jié)能是一個(gè)近年來(lái)備受學(xué)術(shù)界和

2、工業(yè)界關(guān)注的研究熱點(diǎn)。隨著流媒體廣泛應(yīng)用，特別是交互式網(wǎng)絡(luò)電視業(yè)務(wù)的興起以及三網(wǎng)趨于融合。能提供用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀看視頻的機(jī)會(huì)的視頻點(diǎn)播服務(wù)，面臨著并發(fā)用戶數(shù)急劇增加的挑戰(zhàn)。為了滿足不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量以及用戶數(shù)量的需求，視頻點(diǎn)播服務(wù)器集群規(guī)模也不斷地?cái)U(kuò)張，實(shí)現(xiàn)低消耗，高性能、易用性和可擴(kuò)展性。但是，不可忽略的一個(gè)事實(shí)是相比于十年前，服務(wù)器能耗增長(zhǎng)了10倍，導(dǎo)致了大規(guī)模服務(wù)器集群的高能耗。因此，對(duì)于大規(guī)模集群式流媒體系統(tǒng)，能耗問(wèn)題已成為迫切需

3、要解決的問(wèn)題。
　　 在本文中，我們針對(duì)大規(guī)模視頻服務(wù)器集群節(jié)能問(wèn)題，提出一個(gè)服務(wù)器調(diào)度機(jī)制，根據(jù)動(dòng)態(tài)的用戶負(fù)載來(lái)開(kāi)關(guān)服務(wù)器。我們定義系統(tǒng)過(guò)載率為服務(wù)質(zhì)量，將節(jié)能問(wèn)題轉(zhuǎn)化為在服務(wù)質(zhì)量約束下最小化開(kāi)啟服務(wù)器的數(shù)量。采用迭代最小二乘預(yù)測(cè)在線用戶數(shù)，并利用大偏差原理估計(jì)超負(fù)率，我們提出一個(gè)不需要先驗(yàn)信息的實(shí)用的動(dòng)態(tài)服務(wù)器調(diào)度策略。我們進(jìn)一步討論了負(fù)載遷移和負(fù)載分配技術(shù)在節(jié)能方面的影響。最后分別利用合成以及真實(shí)的數(shù)據(jù)，對(duì)算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)

4、證。
　　 另一個(gè)研究問(wèn)題是基于用戶體驗(yàn)的可伸縮視頻的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題。我們通過(guò)聯(lián)合考慮無(wú)線信道條件和可伸縮視頻編碼，提出一種在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于視頻流的，自適應(yīng)的可伸縮視頻層數(shù)選擇機(jī)制。我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)能夠提供較好用戶體驗(yàn)的視頻傳輸機(jī)制，也就是能夠提供長(zhǎng)期平滑的視頻播放效果以及較高質(zhì)量的視頻播放效果，同時(shí)維持多用戶之間的公平性。我們首先設(shè)計(jì)了一個(gè)自適應(yīng)的長(zhǎng)期層數(shù)選擇機(jī)制，決策每個(gè)用戶接收的視頻層數(shù)，來(lái)使得所有視頻流的總的視頻質(zhì)