视频点播系统中代理缓存及流调度技术研究

【摘要】：宽带计算机网络技术的发展及数字视频技术的日趋成熟,使得视频点播(VOD)服务成为现实。然而,数字视频具有带宽高、数据量大及实时性强的特征,这使得大量用户的同时点播常常造成服务器I/O带宽或网络带宽的瓶颈,带宽资源的不足阻碍了点播系统的广泛应用,也成为点播系统不能提供QoS保证的一个原因。因此,视频服务器及网络带宽资源的有效利用在VOD系统的设计中起着十分重要的作用。本文力图通过点播系统软件策略的设计,用尽可能少的资源为大量用户提供点播服务。 本文的主要创新之处包括以下几个方面。 (1) 在Internet上运行的WWW系统已经充分证实了缓存技术是有效利用带宽资源的重要途径之一,在流媒体点播系统的研究中也证实了这一点,特别是根据流媒体数据量大的特性而只对节目前缀进行缓存的策略被证实是既节省缓存空间又有效。但是从点播系统的统计研究表明用户对所有节目的点播强度不是均等的,节目的点播规律服从Zipf分布,即大部分的用户点播极少数的节目。以往的缓存策略研究没有对点播强度不同的节目进行区分缓存,本文把这些极少数的节目称为流行节目,其余节目称为一般节目,研究了对于一系列点播强度不等的节目如何进行有效的节目前缀缓存,才能在有限的缓存空间情况下有效利用带宽资源的问题,为此提出了一种使网络带宽消耗最小的优化代理缓存算法。它运用全局试探寻优,使各种流行度节目得到优化的缓存配置。通过把缓存算法与典型的节目调度方案相结合,定量地分析了缓存配置算法和代理缓存空间大小对带宽消耗的影响,证实了算法的有效性,为代理服务器的设计提供了一种实用的在线节目配置方案。 另外,多媒体的流调度技术也是有效利用带宽资源的重要途径之一,本文从点播系统的流调度角度,提出了降低服务延迟的优化静态调度方案、对各种流行度节目的综合调度以及客户多播补块(CMP:Client Multicast Patching)的自适应流调度方案。 (2) 现有的点播系统的流调度方案分为适用于流行节目的静态调度方案和适用于一般带目的动态调度方案。其中静态调度方案在特定信道上按一定策略广播流