对等网流媒体点播系统调度机制和缓存策略研究

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对等网流媒体点播系统由于其良好的交互性和可扩展性及较低的部署成本,已成为互联网视频的主要发展方向。但设计部署具有较高用户播放体验、较少服务器压力的对等网流媒体点播系统仍然具有很多开放性的问题需要进一步的研究,数据调度机制和缓存策略就是其中两个重要的方面。目前虽有大量针对调度机制和缓存策略的研究,也有很多真实的系统部署在互联网上,但现有的策略仍有各自的局限性,还存在很大的优化空间。本文在深入研究对等网流媒体点播系统的数据调度机制和缓存策略的基础上,提出了一种基于GF(2)上随机线性网络编码的推拉结合的调度机制和基于权重函数的缓存策略,并将其应用于本文设计的原型系统中。本文完成的工作主要有:1.提出了一种基于GF(2)上随机线性网络编码的推拉结合的数据调度机制。该机制首先对视频进行恰当的分段和分块,对分块的数据进行GF(2)上的随机线性网络编码,然后在网络编码的基础上采用推拉结合的方式进行数据调度。该机制降低了网络编码的复杂度,改善了节点间的协作,并在减少系统数据冗余的同时降低了系统延迟。2.构建了一种基于权重函数的缓存策略。该策略引入关联规则理论来挖掘用户的跳转模式,根据关联规则挖掘所得的节点可能的跳转目标、视频段的紧迫度和稀有度来构建权重函数,以此来确定视频段的预取序列,构建视频段预取算法和缓存替换算法。该策略既考虑了单个节点自身的需求,也考虑了对系统整体性能的影响,因而能更好地利用有限的缓存空间,改善系统的性能。3.设计了一个基于本文提出的调度机制和缓存策略的原型系统,给出了该原型系统的系统拓扑设计、系统体系设计和节点功能模块设计。并尽可能采用互联网真实测量结果如端到端延迟、节点异构的带宽能力、用户行为模式等构建模拟工具,利用构建的模拟工具评估了本文提出的调度机制和缓存策略的整体性能。评估的性能指标包括:播放连续性、启动延迟、跳转延迟、服务器负载、网络编码的依赖性、系统开销等。模拟实验结果表明本文提出的方案能获得较高的系统可扩展性、较好的播放连续性、较低的系统延迟特别是较低的跳转延迟,因而能比较好地支持VCR操作,改善系统的性能。
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