基于QoS保障的寬帶網(wǎng)絡視頻的流調(diào)度策略及緩存管理策略.pdf

1、網(wǎng)絡走向?qū)拵r代，是不可阻擋的趨勢。近年來，隨著寬帶網(wǎng)絡的普及，網(wǎng)絡視頻業(yè)務也成為寬帶新業(yè)務的寵兒，如IPTV、寬帶視頻點播、視頻會議、遠程教育、遠程醫(yī)療等寬帶網(wǎng)絡視頻業(yè)務。另一方面，流媒體在寬帶網(wǎng)絡上的傳輸，也面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。為了保證寬帶網(wǎng)絡能夠商業(yè)運營成功，一方面，要提供具有競爭力的價格，另一方面要保證客戶端能夠接收到QoS良好的媒體流。這兩個方面都直接影響到寬帶視頻業(yè)務與傳統(tǒng)業(yè)務之間的競爭力，前者(價格)與提供寬帶視頻業(yè)務所消耗

2、的系統(tǒng)資源直接相關：具體地說系統(tǒng)資源包括網(wǎng)絡帶寬、網(wǎng)絡傳輸花銷的資源、視頻服務器資源和I/O資源、客戶端所需要的buffer以及多媒體代理服務器的緩存資源，后者(QoS)包括視頻接收質(zhì)量、點播的啟動延遲時間、VCR互動功能以及公平性等等。如何保證客戶端接收到良好QoS視頻的同時，盡量通過流調(diào)度技術和緩存管理技術來節(jié)約系統(tǒng)和網(wǎng)絡資源，是當前流媒體技術研究和改進的方向。 作為流媒體關鍵技術之一的媒體流調(diào)度策略，對合理地分配系統(tǒng)資源起

3、到了重要的作用。媒體流調(diào)度策略分為靜態(tài)流調(diào)度策略和動態(tài)流調(diào)度策略，本文分別在第二章和第三章對靜態(tài)流調(diào)度策略和動態(tài)流調(diào)度策略做了一定的研究。視頻服務器I/O帶寬(網(wǎng)絡帶寬)需要量、客戶機端的buffer需要量和啟動延遲時間的大小，是衡量靜態(tài)調(diào)度算法性能好壞的三個關鍵指標。本文第二章在對MPB方法深入分析的基礎上提出了一種避免冗余、交替?zhèn)鬏數(shù)慕鹱炙R像廣播算法(ARIT-MPB)，與傳統(tǒng)的MPB方法相比，它能減少視頻服務器I/O帶寬(網(wǎng)絡帶

4、寬)需要量、客戶機端的buffer需要量，同時也能大幅減少啟動延遲時間。本文在第三章中，首先構建了基于“隨意的點播時刻”和“從隨意的節(jié)目時刻開始點播”的二維空間模型，建立了周期補丁算法的流方程，并推導出能夠合并入組播流方程的可行解。其次，提出了一種資源耗費模型，并推導出最優(yōu)周期常數(shù)Period的數(shù)學解析表達式，指出最優(yōu)組播分段數(shù)k與節(jié)目訪問強度λ的平方根成正比；再次，給出了補丁流消耗帶寬的波動圖；接著把結論推廣到多節(jié)目的情況，并得到在多

5、節(jié)目情況下資源分配的優(yōu)先策略。另外第三章還提出了一種補丁策略一多次二級組播補丁流算法，該算法通過對補丁流的多次二級組播，能夠增加節(jié)目流共享的比重，并能減少系統(tǒng)在補丁流上的資源花銷。 利用代理服務器對存儲于遠端服務器上的內(nèi)容進行緩存(Cache)也是一種能夠提高流媒體QoS和節(jié)約資源開銷的關鍵技術。第四章首先提出了部分支持VCR操作的前綴緩存算法，能夠提高VCR互操作功能以及減少啟動延遲，并指出當系統(tǒng)分配給視頻對象Vi的前綴緩存與

6、節(jié)目的訪問強度^的立方根成正比，與3√lli2成正比(其中，li是視頻對象Vi的長度)時，服務器帶寬取最小值；最后針對遠程網(wǎng)上購物等寬帶視頻業(yè)務，提出了一種基于未來命中率期望值的緩存替換算法。 視頻點播是一個具有廣闊前景的寬帶業(yè)務。在第五章中，結合項目的實例，給出了一個實用的視頻點播設計框架，并采用了許多先進的流媒體技術，如用分層設計的方法來避開系統(tǒng)瓶頸；多客戶管理方案；對客戶機端buffer采取合適的控制策略，以及RTP/RT