視頻點(diǎn)播內(nèi)容分發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、視頻點(diǎn)播VoD(Video-on-Demand)提供的交互式體驗(yàn)改善了人們?cè)趥鹘y(tǒng)信息服務(wù)的被動(dòng)模式,以其內(nèi)容豐富、操作簡(jiǎn)單、獲取便捷等特征得到了飛速發(fā)展,已成為當(dāng)前媒體內(nèi)容傳播的主流方式。然而日益增長(zhǎng)的用戶規(guī)模、海量的媒體數(shù)據(jù)及高度動(dòng)態(tài)的用戶請(qǐng)求,導(dǎo)致現(xiàn)有的內(nèi)容分發(fā)模式已經(jīng)不能滿足用戶交互性的需求,即使是當(dāng)前最流行的P2P分發(fā)模式也因用戶的高度動(dòng)態(tài)性制約了VoD大規(guī)模的應(yīng)用。在此背景下,研究新的視頻點(diǎn)播內(nèi)容分發(fā)技術(shù),實(shí)現(xiàn)以低成本向大規(guī)模

2、的用戶提供穩(wěn)定而又持續(xù)的高質(zhì)量的媒體服務(wù)尤為重要,具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 針對(duì)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、節(jié)點(diǎn)互助性、資源請(qǐng)求異步性、交互操作等特征,本文對(duì)流媒體點(diǎn)播內(nèi)容分發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi):(1)結(jié)合云計(jì)算,提出新型的視頻點(diǎn)播內(nèi)容分發(fā)服務(wù)模式;(2)探討當(dāng)用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)片段時(shí),高效快速、準(zhǔn)確的服務(wù)定位機(jī)制;(3)研究利用用戶興趣的局部性(也稱空間局部性)提高節(jié)點(diǎn)相互共享效率、提升系統(tǒng)服務(wù)容量

3、的緩存管理策略;(4)研究數(shù)據(jù)內(nèi)容有用性的計(jì)算方法,以提高數(shù)據(jù)緩存的命中率,滿足用戶流暢跳轉(zhuǎn)的需求;5)建立視頻點(diǎn)播應(yīng)用與云平臺(tái)交互模型。本文工作主要包括以下幾方面:
　　 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中,用戶行為的高度動(dòng)態(tài)性使得支持流媒體快速傳輸?shù)腜2P模式不能滿足用戶對(duì)視頻播放的需求。為此,本文提出了結(jié)合P2P與云計(jì)算的新型視頻點(diǎn)播服務(wù)模式CAPMedia,從參與節(jié)點(diǎn)類型來(lái)看,分為P2P端節(jié)點(diǎn)、云端節(jié)點(diǎn)及源服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。對(duì)于終端用戶,提出了分

4、布式的雙向鏈表式鄰居節(jié)點(diǎn)管理策略,不僅有效地改善了頻繁更換鄰居的不足,也自適應(yīng)地選擇出穩(wěn)定性較好的節(jié)點(diǎn)。用戶興趣相似性與地理位置感知的結(jié)點(diǎn)組織策略提高了節(jié)點(diǎn)間協(xié)助機(jī)率,增加了整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)容量。同時(shí)根據(jù)P2P點(diǎn)播服務(wù)特征,探討了視頻的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式及性能評(píng)價(jià)模型。
　　 高效的服務(wù)定位是視頻點(diǎn)播系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵因素,當(dāng)前的解決方案大多假設(shè)用戶訪問(wèn)模式服從均勻分布,未能充分考慮用戶的自主行為。本文通過(guò)形式化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)用戶搜索模型,分

5、析其影響性能的因素,根據(jù)greedy策略得到最優(yōu)解決方案,并提出一種新的用戶行為特征自主發(fā)現(xiàn)的自適應(yīng)服務(wù)定位網(wǎng)絡(luò)Dsplay。該結(jié)構(gòu)根據(jù)用戶的實(shí)時(shí)訪問(wèn)行為自適應(yīng)地組成行為相似團(tuán)體,不需要?dú)v史訪問(wèn)記錄,就能實(shí)時(shí)地反應(yīng)用戶的訪問(wèn)模式與數(shù)據(jù)塊的流行度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了Dsplay提高了用戶服務(wù)定位效率,尤其能有效地支持不可預(yù)知的非均勻的用戶訪問(wèn)請(qǐng)求。
　　 預(yù)存機(jī)制在流媒體點(diǎn)播應(yīng)用起著關(guān)鍵性作用,隨著節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)能力與網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷增

6、加,利用多余的帶寬提前獲取將來(lái)可能需要的視頻片段是一個(gè)理想的服務(wù)模式。本文提出的基于節(jié)點(diǎn)離開(kāi)、鄰居協(xié)助、流行度感知的預(yù)存策略,優(yōu)化了數(shù)據(jù)調(diào)度策略。與現(xiàn)有預(yù)存策略不同,該策略并不預(yù)測(cè)用戶的行為,以一新思路達(dá)到降低了跳轉(zhuǎn)時(shí)延的目的。通過(guò)挖掘搜索結(jié)構(gòu)所學(xué)習(xí)到的信息,設(shè)計(jì)了流行度感知的數(shù)據(jù)預(yù)存策略,并通過(guò)形式化的分析提出了基于鄰居節(jié)點(diǎn)離開(kāi)的優(yōu)化模型,給出了該問(wèn)題的精確算法。同時(shí)為了使節(jié)點(diǎn)間資源共享最大化,進(jìn)一步提出了節(jié)點(diǎn)預(yù)存鄰居節(jié)點(diǎn)中與所請(qǐng)求預(yù)

7、存數(shù)據(jù)片段相關(guān)度高的數(shù)據(jù)片段的策略。在滿足用戶連續(xù)播放需求的前提下,提高了資源共享效率與帶寬利用率。
　　 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中,由于節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)間局部性、動(dòng)態(tài)性或其它網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,導(dǎo)致用戶相互共享已經(jīng)不能滿足其服務(wù)容量的需求時(shí),其擴(kuò)展性受到威脅,然而部署多的服務(wù)器導(dǎo)致成本過(guò)高。為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,根據(jù)提出的CAPMedia服務(wù)模式,探討了P2P與云計(jì)算結(jié)合在視頻點(diǎn)播應(yīng)用中的必然性與可行性,對(duì)視頻點(diǎn)播應(yīng)用與云平臺(tái)的交互進(jìn)行了設(shè)計(jì),并提出

8、了考慮節(jié)點(diǎn)離開(kāi)與數(shù)據(jù)片段流行度的數(shù)據(jù)遷移策略。對(duì)引入云模型服務(wù)成本進(jìn)行了形式化描述,給出一量化的成本估算模型,以指導(dǎo)采取最優(yōu)的租用策略。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出策略的有效性,及P2P與Cloud結(jié)合的高效性。
　　 本論文研究得到國(guó)家“863計(jì)劃”專項(xiàng)課題(2008AA01A315),國(guó)家教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金課題“基于云服務(wù)的視頻點(diǎn)播關(guān)鍵技術(shù)研究”(20114101110007)及河南省科技創(chuàng)新人才計(jì)劃項(xiàng)目“P2