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流媒体复制存储策略研究

朱一戈  
【摘要】:服务质量控制是流媒体研究的热点问题之一,直接影响到用户体验度,而流媒体复制存储策略是解决该问题的重要手段。流媒体复制存储策略根据应用场景不同大致可分为三类:基于服务器集群的、基于内容分发网(Content DistributionNetworks, CDN)的和基于对等网(Peer-to-Peer, P2P)的。现有流媒体复制存储策略仍存在以下问题:1)流媒体服务器集群中,所假设的前提往往与事实不符,容易出现性能不稳定的现象;2)CDN中,用户请求具有时变性和定域性,现有复制存储策略不能有效适应这些特性,导致缓存命中率低下;3)基于P2P的时移电视系统中,冷门节目服务质量过低,且频道初始化时延和频道切换时延过大。 为此,本文研究了流媒体复制存储问题。具体工作如下: 1)针对流媒体服务器集群中负载不均衡度和拒绝率大的问题,在已知历史内容流行度分布的情况下,提出了一种基于进化的多目标复制存储策略。首先,将基于服务器集群的复制存储问题分为副本生成和副本放置两个子问题。然后,将副本生成问题归纳成席位分配问题,提出了一种最优副本生成策略,引入改进的Q值公式,通过不断选择值大的流媒体复制副本,启发式地对内容副本数进行分配。在此基础上,将副本放置问题归纳为多目标规划问题,提出了一种基于进化的多目标副本放置策略,通过多目标进化算法进行求解,得到近似最优方案。仿真表明和现有策略相比,该策略在保证负载均衡的基础上,有效降低了用户请求拒绝率。 2)针对CDN中缓存命中率低和用户请求响应时延高的问题,提出了一种动态复制存储策略。首先,该策略将流媒体内容流行度变化趋势类比为人脑记忆模型,提出了一种基于认知的预测模型,对下周期各内容流行度进行预测。在此基础上,提出了动态复制存储策略,通过感知、规划、决策和学习四个模块进行流媒体内容的复制和分发。同时,收集惩罚信息以进行学习改进,进而选取更适合的副本放置方案。仿真结果表明,该策略能明显降低数据传输开销,同时满足用户的动态需求,具有低时延、低开销等优点。与现有策略相比,该策略能显著提高缓存命中率,减小了数据传输开销。 3)针对时移电视系统中频道初始化时延和频道切换时延大的问题,提出了一种基于时移电视系统的混合副本放置策略。首先,分析了电视视频数据特点及节点连接度对副本放置策略的影响,指出通过在连接度大的节点放置I帧,能有效减小频道初始化时延和频道切换时延。基于此,该策略将数据分为实时数据和过期数据。对实时数据,将节目流行度高的I帧放置在连接度大的路由缓存中。对过期数据,设置阈值,将流行度超过阈值的节目数据放置在靠近用户的路由节点。仿真结果表明,该策略能够以较小的缓存空间,有效提高查询消息搜索成功率,从而降低频道初始化时延和频道切换时延。


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