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《复旦大学》 2004年
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基于服务网格架构的内容分发关键技术研究

吕智慧  
【摘要】:网络技术和应用随着Internet的发展壮大得到了飞速的发展,特别是随着宽带网络技术和多媒体技术的发展使得远程教育、可视电话、视频点播、视频会议等多媒体应用进入千家万户成为日常生活的一部分。宽带IP网络上的资源正在被大量创造出来,以满足宽带丰富媒体业务增长的需要。在这种情况下,迅速发展的宽带丰富媒体业务不仅对通信网硬件载体和主干网带宽提出了越来越高的消费要求,而且对软件中间件体系也提出了更高的要求。内容分发网络CDN(Content Delivery Networks)技术在现有的Internet之上增加一层新的应用层网络架构,通过在网络的边缘布置若干缓存服务器,将网站中心服务器的内容发布到最接近用户的网络“边缘”,确保内容以一种就近的方式为用户的请求提供服务,提高了用户访问内容的响应速度,因此成为一种专门用于通过互联网传递丰富媒体内容的解决方案。虽然CDN技术与传统的内容发布模式相比显示出了很大的优势,但是随着IP网上用户数和对丰富媒体数据需求的大规模增长,CDN在发送体系、资源模型、发送机制、资源分配等各方面还是显示出很多不足之处。下一代互联网中,随着网络应用和服务的日益丰富,多媒体数据的传输将占越来越大的比重,多媒体分发在广域网范围内的进一步发展需要新一代可扩展的、高效、灵活的中间件平台的支持,而网格的兴起正是代表了下一代中间件平台技术的主流。本论文属于国家自然科学基金项目“基于网格架构的丰富媒体内容分发网络研究”研究成果的一部分。从分析传统CDN内容分发技术的缺陷和不足出发,基于新兴的网格分发技术,提出新型的基于服务网格架构的分布式内容分发服务解决方案——称为内容分发服务网格,并从体系架构和服务模型、资源模型和服务定位、资源预留与联合分配、QoS控制与SLA协商、系统性能评估模型等几个主要的关键技术展开研究,提出相关的算法、策略和方案。 论文首先从总体上提出一种新型的基于服务网格的内容分发整体架构——内容分发服务网格,包括Intergrid-intrapid系统架构,层次型Intergrid VO关系架构;进一步抽象出内容分发网格的新型服务模型。针对一般内容分发网络资源模型和计算网格资源模型的不足,论文提出一种有效的适用于内容分发环境的资源组织、管理,与虚拟组织相结合的层次化 基于服务网格架构的内容分发关键技术研究 资源树模型(VO一Assistant Hierarchical Resource Tree Model)—VAHRTM模型。VAHR刀随 模型依据内容资源之间的网络通信性能在纵向上将资源组织成层次化的结构,使得资源的组 织方式能够反映实际的网络拓扑。同时,横向上处于同一深度的资源可以动态地组成虚拟组 织,来联合提供内容服务。基于虚拟组织资源发现机制,我们研究了一种高效的网格内容服 务定位机制。通过算法设计,理论分析和实验分析初步证明了模型的特色和优势所在。 在资源模型的基础上,论文分析了现在广域网多媒体系统GARA资源预留等各种资源 分配模型存在的问题,提出一种新型的按需队列(on Demand Queuing)的资源分配方案应 用于内容分发的动态服务过程,提出了按需队列方案的整体功能架构,重点研究了按需队列 方案中的层次型调度机制和监控适应机制,并设计了其中的关键算法。 CDN作为应用层网络(Application uyer Network)的解决方案,尤其需要从应用层来 监控和评估。论文提出内容分发服务网格的评估模型作为服务模型的一个分支来研究,通过 扩展排队网络(Queuing Network)理论的基本评估参数体系,建立了新型的内容分发服务 网格的评估模型和相应的评估参数体系,包括系统配置参数体系,模型参数体系和测量参数 体系,在参数设计上充分考虑了内容分发层次结构和虚拟组织协作服务机制,并提出使用 XML技术来描述和表述实际获取的参数测量数据。 在实验与分析中,我们基于VAHR刀M模型设计了TRRR算法来开展内容推送实验,通 过理论性能分析,模拟测试和一定规模的实际环境测试,证明了VAHRrM模型和TRRR算 法新的特性和优势。我们提出了基于OGSA一G”的内容分发服务网格Intragrid软件架构, 并进一步提出基于OGSA~G了3的v0D Intergrid系统实现方案。根据新的方案,开展了相应 的VOD内容点播实验和文件下载实验,对实验验证结果进行了对比分析,实验结果初步证 明了方案的实际应用价值。论文最后对所作的工作进行总结,并指出有待进一步开展的工作。 总的看来,本文的研究成果对于内容分发技术本身和基于网格架构的内容分发技术的研 究都具有一定的理论指导作用,尚未见国内外有比较深入的相关研究。通过实验分析和应用 方案设计也初步证明了本论文的研究具有较大的实际推广应用价值。笔者认为,随着目前服 务网格技术本身和内容分发技术两者迅速的发展,这里提出的基于服务网格架构的新型的内 容分发技术将不断拓宽网格技术的商业化发展道路,具有广阔的产业化应用前景。
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