流媒體代理緩存技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著Internet技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，簡(jiǎn)單的文本、圖像、聲音信息已經(jīng)不能滿足人們的需要，取而代之的是音頻、視頻、符號(hào)數(shù)據(jù)形成的綜合多媒體信息，即流媒體。流媒體的特點(diǎn)就是媒體數(shù)據(jù)量大且需要在網(wǎng)絡(luò)上快速傳遞，因此必須消耗可觀的網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)絡(luò)資源緊張又常常導(dǎo)致流媒體應(yīng)用難以滿足實(shí)際需求。流媒體傳輸技術(shù)是解決網(wǎng)絡(luò)資源緊張與流媒體傳輸過(guò)多消耗資源這一矛盾的重要研究?jī)?nèi)容。 流媒體代理緩存技術(shù)是從Web代理緩存技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，Web代理緩

2、存是目前為止WWW服務(wù)中最有效和最常用的機(jī)制。Web代理緩存機(jī)制適合緩存需求較小的文件，而流媒體文件通常有幾百M(fèi)B到幾個(gè)GB，并不適合完全緩存，因此需要研究新的緩存策略。 本文主要采取三種策略：前綴緩存、變長(zhǎng)分段緩存(后綴緩存)和動(dòng)態(tài)緩存。三種策略是聯(lián)系在一起的，從媒體普及角度出發(fā)考慮媒體被給予的代理緩存空間，能提高代理緩存的利用率，提高代理對(duì)客戶的服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)，為解決媒體的開(kāi)始反應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)傳送的平穩(wěn)，在傳送的過(guò)程中把媒體分

3、成兩部分，前面的部分比較小，就是前綴緩存，后面的部分比較大，叫后綴。前綴緩存保存在代理緩存中，當(dāng)客戶申請(qǐng)時(shí)，首先播放前綴緩存所存儲(chǔ)的部分媒體，并把后綴緩存的部分從內(nèi)容服務(wù)器傳送到代理服務(wù)器，當(dāng)播放完前綴緩存，再播放后綴緩存的部分。這種方法有效地解決了開(kāi)始的有效延遲時(shí)間和數(shù)據(jù)的平滑問(wèn)題。 變長(zhǎng)分段是人為地把來(lái)自服務(wù)器的數(shù)據(jù)分成長(zhǎng)度固定的塊。初始段(即前綴)包含一定數(shù)量的塊，第一段包含塊數(shù)等于初始段，后面每一段都包含前一段2倍的塊數(shù)

4、。 對(duì)于所有的媒體，規(guī)定前綴都是可以緩存的，并且前綴緩存只能由其他的媒體文件的前綴來(lái)替換；對(duì)于變長(zhǎng)分段，通過(guò)計(jì)算它的普及度來(lái)決定是否允許緩存。普及度和分段的長(zhǎng)度有關(guān)，和此分段被訪問(wèn)的次數(shù)以及前面已經(jīng)在代理中緩存的分段被訪問(wèn)次數(shù)有關(guān)，即分段越長(zhǎng)，普及度越?。槐辉L問(wèn)的次數(shù)越多，普及度越大。 代理緩存的替換策略采用分段替換+LRU替換策略。媒體已緩存部分的緩存值類似于普及度，緩存值和媒體被緩存部分的長(zhǎng)度以及被訪問(wèn)的次數(shù)有關(guān)。把

5、能被替換的緩存段按照緩存值由小到大進(jìn)行排列，替換掉緩存值最小的緩存的最后一段，如果所需空間不足，那么重新計(jì)算被替換掉的媒體緩存值(長(zhǎng)度變小時(shí)緩存值變大了)，重新排列再替換，直到得到足夠的緩存空間。動(dòng)態(tài)緩存是為了保證對(duì)客戶的不間斷服務(wù)，緩存的長(zhǎng)度是分塊數(shù)的整數(shù)倍，保證能夠容納同一個(gè)批處理隊(duì)列中第一個(gè)和最后一個(gè)客戶。服務(wù)器是內(nèi)容的生產(chǎn)者，是緩存的消費(fèi)者；客戶是內(nèi)容的消費(fèi)者，是緩存的生產(chǎn)者。采用信號(hào)量來(lái)標(biāo)記各種資源的狀態(tài)，保證對(duì)客戶端的服務(wù)質(zhì)

6、量。播放過(guò)程中，有的客戶可能會(huì)提前退出，如果隊(duì)列中剩下一個(gè)客戶，則取消動(dòng)態(tài)緩存，直接把來(lái)自服務(wù)器的數(shù)據(jù)發(fā)給客戶。動(dòng)態(tài)緩存的存在降低了對(duì)客戶端緩存的要求，客戶端也不必在有補(bǔ)丁傳輸?shù)那闆r下同時(shí)接收兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸一般有單播、多播和廣播，本文借助動(dòng)態(tài)緩存，使用代理到服務(wù)器一個(gè)單播，代理到客戶多個(gè)單播的方法，就像服務(wù)器對(duì)客戶進(jìn)行多播，我們也稱作應(yīng)用級(jí)多播。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)客戶端要求不高，但是代理到客戶的網(wǎng)絡(luò)資源消耗很

7、大，因此適用于靠近客戶端的流媒體代理。 RTSP是多媒體流化表示控制協(xié)議，用于控制具有實(shí)時(shí)特征的數(shù)據(jù)的發(fā)送。它提供VCR的功能，如播放、暫停、回放等，對(duì)多媒體服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制。應(yīng)用級(jí)多播限制代理不能使用RTSP的暫停、快進(jìn)、快退功能。對(duì)于視頻數(shù)據(jù)的發(fā)送，既可以使用RTP(UDP)/RTCP(UDP)傳輸，也可以使用RTSP協(xié)議的實(shí)體傳輸。代理同時(shí)也具有HTTP代理的功能，主要是為了響應(yīng)網(wǎng)頁(yè)引起的超鏈接，沒(méi)有Web緩存機(jī)制。