VBR流媒體分塊與I-O調(diào)度研究.pdf

1、多媒體技術(shù)的發(fā)展讓越來越多的用戶體驗(yàn)到了信息社會(huì)的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷提速、視頻編碼技術(shù)的不斷發(fā)展、多媒體服務(wù)器技術(shù)在不斷革新，企業(yè)、個(gè)人都能在網(wǎng)絡(luò)上有更好的多媒體視頻的體驗(yàn)。目前的主流編碼技術(shù)均采用了可變比特率碼流（VBR），但是目前多媒體服務(wù)器技術(shù)的研究對(duì)于可變比特率的視頻流量的預(yù)測(cè)有一定的局限性，特別是長程相關(guān)性偏差很大，這樣會(huì)導(dǎo)致流媒體服務(wù)器負(fù)載出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，丟幀嚴(yán)重，影響服務(wù)質(zhì)量，流媒體服務(wù)器媒體文件沒有根據(jù)碼流的不同而選擇不

2、同的陣列參數(shù)，會(huì)造成額外的開銷，降低服務(wù)器的性能，流媒體的I/O調(diào)度與合并策略并沒有根據(jù)流媒體碼率的特性進(jìn)行優(yōu)化。我們將從以下三個(gè)方面著手，對(duì)流媒體服務(wù)器針對(duì)VBR視頻進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 首先引入分?jǐn)?shù)自回歸滑動(dòng)平均模型來對(duì)多媒體視頻流量進(jìn)行建模，通過對(duì)當(dāng)前流量的分析，特別是針對(duì)VBR視頻流的短程相關(guān)性和長程相關(guān)性進(jìn)行建模，分析出下一個(gè)時(shí)間段流量的數(shù)據(jù)。通過研究發(fā)現(xiàn)，VBR 視頻流具有良好的短程相關(guān)性和長程相關(guān)性。傳統(tǒng)的時(shí)間序列分

3、析常用來描述短程相關(guān)性，而描述長程相關(guān)性需要引入自相似，因?yàn)閂BR視頻流存在自相似性和長程相關(guān)性，時(shí)間序列分析無法進(jìn)行精確地建模，所以利用FARIMA模型（分?jǐn)?shù)自回歸滑動(dòng)平均模型）來描述長程相關(guān)性。
　　 通過ARMA模型引出要研究的FARIMA模型，并重點(diǎn)對(duì)FARIMA(p,d,q)和Hurst 參數(shù)進(jìn)行了研究。通過對(duì)參數(shù)的定義的估計(jì)，并驗(yàn)證模型，如果以秒為1/24秒為單位，在下一個(gè)單位時(shí)間里流量預(yù)測(cè)誤差不超過1％，獲得了良好

4、的效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)VBR視頻流的流量的預(yù)測(cè)。
　　 引入一種新的磁盤空間分配方法——Vmage-MS，即基于VBR 流媒體條帶的分配方法，磁盤空間采用大塊分配，固定大小的Mage，Mage的大小比一個(gè)最大流請(qǐng)求在某個(gè)磁盤上讀取的數(shù)據(jù)大小還要大，Mage的大小由多媒體文件的碼流確定。如果存儲(chǔ)系統(tǒng)是用到了RAID 磁盤陣列，則利用軟件RAID的技術(shù)將整個(gè)陣列劃分為多個(gè)虛擬的存儲(chǔ)設(shè)備，每個(gè)虛擬的存儲(chǔ)設(shè)備的Mage大小將根據(jù)流媒體的碼流最

5、大值決定。CBR和VBR 碼流在時(shí)間特性上區(qū)別很大，VBR的碼流不穩(wěn)定，可以通過前面的FARIMA模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得流媒體碼流的最大值?；贛age的分配方法和先前的研究一個(gè)基本區(qū)別是Mage是可變的。更重要的是，當(dāng)一個(gè)流媒體被點(diǎn)播時(shí)，僅所需要的數(shù)據(jù)被預(yù)取到內(nèi)存中，而不是整個(gè)Mage，這些數(shù)據(jù)順序分配在磁盤表面上?；贛age的分配方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是讀取期間可以估計(jì)磁盤訪問開銷的上限。
　　 因?yàn)槊枯喼幸粋€(gè)流請(qǐng)求的大小不會(huì)超過M

6、age的大小，同一個(gè)訪問周期中，最多只有兩個(gè)Mage服務(wù)于同一個(gè)流請(qǐng)求，避免了傳統(tǒng)分配方法的缺陷——大量的數(shù)據(jù)復(fù)制，實(shí)驗(yàn)證明，基于Vmage-MS的磁盤空間分配策略在保證流媒體服務(wù)器的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，可以很好地利用到磁盤的I/O帶寬。
　　 提出了針對(duì)VBR流媒體優(yōu)化的I/O調(diào)度策略——VFC。本策略是通過FARIMA建模和系統(tǒng)管理控制模塊對(duì)各個(gè)流媒體文件的訪問管理，獲得服務(wù)器上的各個(gè)流媒體文件訪問頻度，利用I/O合并思想，以M

7、age 為單位讀取磁盤上的媒體文件，根據(jù)FARIMA模型預(yù)測(cè)出后續(xù)的時(shí)間單位上流媒體文件的訪問流量，結(jié)合FCFS（先到先服務(wù)）和C-SCAN 調(diào)度思想，定義了VFC，如果某個(gè)媒體文件后續(xù)的流量比較大，則將這個(gè)請(qǐng)求優(yōu)先處理，讓各請(qǐng)求的等待時(shí)間更加平均，系統(tǒng)管理模塊可以對(duì)調(diào)度策略進(jìn)行配置，選擇VFC，F(xiàn)CFS或者C-SCAN 調(diào)度策略，同時(shí)系統(tǒng)預(yù)留了其他調(diào)度策略的接口。在仿真測(cè)試中，通過與FCFS和C-SCAN 常用調(diào)度算法相比，特別是VB