基于Mesh對等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)建模、監(jiān)測與性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，流媒體分發(fā)技術(shù)取得了長足的進步。同時，日益增加的用戶和視頻數(shù)據(jù)，也給大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù)帶來了新的挑戰(zhàn)。作為商業(yè)級應(yīng)用的IPTV，面臨向海量用戶同時傳送多套高清質(zhì)量視頻節(jié)目的應(yīng)用場景，對IPTV分發(fā)的實現(xiàn)、保障、計費提出了更加苛刻的要求，現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)難以滿足。近幾年興起的基于對等網(wǎng)的IPTV分發(fā)技術(shù)充分利用終端節(jié)點資源，具有良好的擴展性和較低的成本，逐漸成為IPTV分發(fā)技術(shù)發(fā)展的主流方向。在基于對等網(wǎng)

2、的IPTV分發(fā)技術(shù)中，Mesh架構(gòu)以其適應(yīng)對等網(wǎng)中節(jié)點高度擾動、充分利用節(jié)點帶寬資源等特性，成為最吸引入的研究領(lǐng)域。但是，盡管人們就基于Mesh對等網(wǎng)的IPTV分發(fā)相關(guān)問題做了大量深入的研究，但面對IPTV直播業(yè)務(wù)高度實時性、同步性、高質(zhì)量保障的要求，仍然有很多問題亟待解決。 本文在對IPTV分發(fā)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢進行了系統(tǒng)、全面地分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，深入細致地研究了基于Mesh對等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)中的部分關(guān)鍵問題，取

3、得了若干創(chuàng)新和成果。本文的主要貢獻包括： 1．提出基于Mesh對等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)過程中視頻片段全生命周期的產(chǎn)量模型。視頻片段產(chǎn)量指全系統(tǒng)截至時刻t擁有視頻片段m的節(jié)點總數(shù)，反映系統(tǒng)整體對特定視頻片段m的理論最大供應(yīng)能力，具有非常重要的意義。針對已有相關(guān)研究均基于節(jié)點緩沖區(qū)無限的假設(shè)，并受此所限只對視頻片段產(chǎn)生和傳播過程的產(chǎn)量做了初步討論，本文分析緩沖區(qū)受限情況下系統(tǒng)中視頻片段從產(chǎn)生到消逝的完整生命期內(nèi)的產(chǎn)量變化過程，將視頻

4、片段產(chǎn)量函數(shù)劃分為增長期/平穩(wěn)期/消退期三階段并作相應(yīng)分析，討論系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對產(chǎn)量函數(shù)的影響，并就靜態(tài)拓撲、零初始線性增長拓撲、非零初始線性增長拓撲等典型場景下視頻片段產(chǎn)量函數(shù)具體形式作相應(yīng)分析，最后通過仿真驗證了本文模型及分析的有效性和準確性，同時考察了各種參數(shù)和復雜情況下視頻片段完整生命期的產(chǎn)量變化過程和特性。 2．提出一種適于基于Mesh對等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)的業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測算法。針對系統(tǒng)中海量自組織節(jié)點的大規(guī)模性和動態(tài)性

5、、業(yè)務(wù)質(zhì)量自身實時變化等所帶來的問題，提出基于并行無偏隨機游動連續(xù)采樣的業(yè)務(wù)監(jiān)測算法，對業(yè)務(wù)質(zhì)量進行實時監(jiān)測；從理論角度分析了該算法的正確性和可行性；并就算法的性能和影響因素進行討論；最后通過仿真驗證了采用無偏隨機游動對IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量進行監(jiān)測的可行性，監(jiān)測算法的有效性、精確性和實時性，同時具有較低的開銷；并展示了不同拓撲、不同系統(tǒng)規(guī)模、不同隨機游動參數(shù)等對監(jiān)測算法效果的影響。該監(jiān)測算法克服了采用日志服務(wù)器、主動爬行器收集、在特定節(jié)點部

6、署被動嗅探設(shè)施等已有方法的監(jiān)測開銷大、實時性差的缺點，適于基于Mesh對等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)系統(tǒng)業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測。 3．提出一種用于優(yōu)化基于Mesh對等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)業(yè)務(wù)時延的優(yōu)先級搶占算法。針對Mesh中因鄰居間完全平等、無層次、無父子關(guān)系而難以利用搶占算法的問題，在Mesh架構(gòu)中分布式的周期動態(tài)定位主分發(fā)架構(gòu)，利用主分發(fā)架構(gòu)路由優(yōu)先級搶占信令，充分利用節(jié)點具有的異構(gòu)特性，在分析節(jié)點鄰居關(guān)系基礎(chǔ)上，使得高能力、高優(yōu)先級的節(jié)

7、點搶占低能力的節(jié)點，從而盡可能的處于系統(tǒng)上層，以便降低視頻片段分發(fā)時延，提升系統(tǒng)性能，同時提升貢獻大的高能力節(jié)點的業(yè)務(wù)指標。仿真實驗表明，所提算法在保持系統(tǒng)平均媒體質(zhì)量基本不變和較低控制開銷的同時，顯著降低了業(yè)務(wù)時延。 4．提出一種集成業(yè)務(wù)動態(tài)支撐架構(gòu)。針對IPTV直播分發(fā)中單純基于對等網(wǎng)用戶資源分發(fā)難以保障業(yè)務(wù)質(zhì)量、而采用CDN或類似架構(gòu)分發(fā)又成本較高、擴展性差的問題，提出由支撐節(jié)點組成的集成業(yè)務(wù)動態(tài)支撐架構(gòu)，對業(yè)務(wù)質(zhì)量進行實