基于代理缓存的流媒体视频组播系统研究

曲阜师范大学硕士学位论文基于代理缓存的流媒体视频组播系统研究姓名：徐臻申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：高仲合20080401基于代理缓存的流媒体视频组播系统研究作者：徐臻学位授予单位：曲阜师范大学相似文献(10条)1.学位论文许志闻流媒体代理的动态缓存算法2004本文开展了流媒体代理缓存高效技术的研究,提出了动态缓存算法,设计了三种动态缓存算法,并将动态缓存算法应用在基于前缀缓存、分段缓存和视频组播技术中;对各种传送方案中的调度策略进行改进和提高;建立数学模型,定量分析动态缓存算法高效性能;并评估了高效动态缓存算法、分段缓存算法、前缀缓存算法和全部缓存策略的性能,进一步说明了动态缓存的高效性能.动态缓存和分段缓存都能提高流媒体代理的高效性能,文中给出了分段缓存和动态缓存的分配关系,给出了具有最佳效果的分段动态缓存算法,将分段和动态缓存算法应用于补丁算法,建立基于动态缓存的成批补丁算法,其具有较高的效率.2.期刊论文覃少华.李子木.蔡青松.胡建平.QinShaohua.LiZimu.CaiQingsong.HuJianping一种新的流媒体批处理补丁缓存算法-北京航空航天大学学报2005,31(6)在分布式流媒体分送系统中,一个关键的问题就是如何降低骨干网络带宽的消耗.通过在网络的边缘部署代理服务器,由代理负责响应本地客户的请求并转交从服务器来的媒体数据流.将服务器的批处理补丁调度技术与代理服务器分段缓存策略有效地结合起来,提出了批处理补丁预先缓存算法(BPP).根据当前客户请求到达的分布情况,代理服务器提前分配相应的缓存空间,对正在进行的组播多媒体数据流实行分段缓存,使后续到达的客户请求能够共享代理服务器中缓存的数据段.理论分析及实验结果表明了该算法能够明显降低骨干网络带宽的消耗,并对客户请求到达速率的变化具有很好的适应性.3.学位论文许勇基于P2P的视频点播系统研究与实现2006传统的视频点播系统主要使用客户/服务器模式，服务器以单播的方式与每个客户建立连接。由于流媒体服务具有高带宽、持续时间长等特点，随着客户数目的快速增加，服务器将成为系统的瓶颈。目前为了解决服务器瓶颈问题，大多采用相应的改进方案。一种方案是IP组播技术，但由于IP组播的实现存在各种限制，没有得到广泛应用；另一种方案是在网络边缘部署代理缓存或内容发布网络，这需要较大的硬件支持，同时代理缓存或内容发布网络服务器也可能成为新的系统瓶颈。消除这个瓶颈最好的办法是将服务器的服务分散化，使系统中的主机既接受服务也提供服务，P2P技术可以很好的满足这种需求。本文设计实现了一个基于P2P模式的视频点播系统PPVOD，在PPVOD中，用户节点通过服务器集中管理，通过P2P的方式分发数据，每个用户节点都有两种方式获取媒体数据：从服务器直接获取或者通过其它节点获取。节点与节点之间的数据交换越多，服务器的负担就越小，当节点的数量足够多时，服务器主要负责节点的维护，此时的负载比视频文件服务的负载要小得多。如果节点与节点之间的数据交换为零，则所有的数据都从服务器获得，这时系统就退化为C/S结构。系统由服务器和客户端两部分组成，主要包括节点管理模块、数据服务模块、节点连接管理模块、播放模块等。系统使用VisualC++在WindowsXP操作系统平台上实现。4.学位论文郭常杰基于Internet的细粒度可扩展视频流化技术研究2003本文将新近出现的细粒度可扩展视频编码技术(FGS)与多种Internet网络传输体系(包括代理、CDN、应用层组播以及对等网络等)相融合，设计了三种能够有效提高流媒体应用的服务质量(QoS)及系统可扩展性的视频数据传输方案。主要创新和研究成果如下：第一，本文结合细粒度可扩展编码技术，并将视频码流的质量特性引入代理缓存的管理中，提出了一种质量感知的细粒度多媒体代理缓存机制。重点研究了其中的两个关键问题——数据预取和代理缓存空间的管理。对于前者，本文研究集中于多个并发客户场景下的数据预取机制及其核心——预取带宽的分配问题。文中还提出了一种在线的缓存替换算法。该算法综合考虑了在代理传输体系中影响视频流播放质量的多种因素，并通过数学建模和理论推导评估了每个潜在替换对象的重要程度，从而确保每次替换操作均向着最大化代理整体性能的目标进行。实验结果表明，本文算法不但能够产生更高的视频图像质量，而且在适应传输网络和客户访问模式的异构特性方面也优于现有的其它算法，是一种有效的多媒体代理缓存机制。第二，本文利用细粒度可扩展编码的传输特性设计了一种基于多子流的细粒度视频多源流化方案。其中，首先提出基于多传输子流的细粒度可扩展编码模型——MS-FGS，并在此基础上设计了一种细粒度多源流化框架，其本质是针对不同类型传输子流的码流特性，制定不同的优化目标和传输策略。为了提高多源流化的效率，重点研究了增强层数据传输过程中的优化码率分配问题，并发现该问题与生成增强层子流时采用的宏块分组模型紧密相关。本文为优化码率分配问题建立了以最大化视频图像质量为目标的数学模型，并借鉴拉格朗日乘子法和求解装箱问题的基本思想，设计了一种有效的启发式算法。为了降低了码率分配算法的复杂度，提出了动态分组模型，通过在编码时采用特殊的宏块分组算法，保证MS-FGS中各增强层子流的率失真曲线基本吻合，从而使得在传输过程中仅需采用简单的码率均分策略即可保证视频流化质量的优化性。此外，本文还利用多源流化技术对现有应用层组播单一树型传输结构进行了扩展，提出基于多子树的网格状传输体系——MSF-ALVM，并解决了其特有的数据源码流受限的优化码率分配问题，从而在继承组播技术良好可扩展性的同时，有效提高了视频流化的可靠性和图像质量。第三，本文借鉴对等网络的基本思想，并融合细粒度可扩展编码、多源流化以及分布式代理缓存等技术，提出了一种可扩展的Internet视频点播方案一-PAS-VOD。PAS-VOD通过客户间的相互协作，充分利用终端设备和传输网络中的冗余资源，有效的提高了视频点播系统的可扩展性和服务质量。本文首先设计了一个接收方驱动的多源视频数据传输协议，通过在多个由Peer构成的数据源间制定合理的数据传输调度策略，以便获得更高的数据吞吐量，达到提高视频播放质量的目的。此外，针对PAS-VOD中由终端客户构成的分布式代理协作系统，本文开发了一种基于效用的缓存替换策略，利用在协作过程中获得的相关知识，合理的管理客户有限的缓存空间，从而提高了系统的整体性能。实验结果表明，相互协作能够使客户获得比C/S模型高的多的平均吞吐量；而本文开发的缓存替换算法也比面向独立工作的、专用代理服务器的传统算法更加适合PAS-VOD系统。5.会议论文许志闻.郭晓新.王钲旋.庞云阶一种流媒体代理的动态缓存算法2005流媒体传输是网络应用挑战性研究问题,流媒体代理缓存是解决这个问题的有效方法;在代理缓存中,前缀缓存是在代理缓存中缓存流媒体的开始部分,保证客户请求无启动延迟;分段缓存是根据客户的请求频率缓存流媒体的长度,节约网络资源;前缀和分段缓存是预取缓存方法,在前缀和分段缓存策略的基础上,提出了一种高效动态缓存算法,该算法在代理缓存中进行实时动态缓存-组播处理,将相对较短一段时间内的多个客户请求由服务器一次传送和代理缓存的动态缓存-组播处理完成,节约了补丁通道和常规通道占用的网络资源,减轻服务器的网络负载;用事件驱动仿真评估动态缓存算法具有高效性.6.学位论文李宏玉组播拥塞控制技术研究2005近年来，Internet经历了飞速的发展，已经深入到我们社会和生活的方方面面，从商务到通信，从教育到娱乐。许多新的应用不断产生，其中点对多点的数据传输应用，正变得越来越重要，如网络视频会议、网络音频/视频广播、股市行情发布、多媒体远程教育、CSCW协同计算、在线信息恢复，软件或代理缓存更新等。这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题，而组播正是一种解决点到多点通信的非常有效的方式。在过去几年中，组播传输机制已经成为一个活跃的研究领域。但是组播的拥塞控制问题一直没能得到很好的解决，这成为了其发展的瓶颈。众所周知，组播数据是以UDP数据为主，由于UDP在传输过程中没有任何约束，所以很难做到“尽力而为”，而且还会影响到TCP流的传输。不断增加的UDP数据流恶化了TCP控制拥塞的能力，而且是引起高丢包率的原因之一。针对这些情况，文章从组播的基本理论出发，提出了一种有效的拥塞避免机制(ECAM)。它以SQ信息作为反馈信息，降低了ECAM对数据可靠性的要求，使其在各种组播拥塞情况下均能正常工作。该算法将RED对初始拥塞敏感与ECN擅长处理拥塞的优点融合在了一起，使得ECAM能对拥塞的发生做出迅速而且有效的反应。通过对于控制参数的不同选择和网络情况的变化该文在NS2上对ECAM的有效性进行了验证，仿真结果显示在ECAM机制下网络丢包数明显下降，而且实现了组播的公平性。7.学位论文刘运强流媒体的传输策略及QoS控制的研究2006随着网络宽带化的深入和视频技术的不断成熟，从视频点播到网络电视，从可视电话到互联网监控系统，流媒体技术越来越广泛地应用在娱乐、教育等领域。但是视频流传输有很高的带宽需求，服务器和网络的带宽瓶颈成为了目前阻碍流媒体普及的主要因素。另外由于网络带宽的波动和数据传输中的丢包，如何提供保证一定服务质量(QoS)的流媒体服务成了一个挑战性的问题。本文的研究主要从处理以下两个问题着手：如何提高流媒体系统的效率，增强流媒体系统的服务能力；如何提高流媒体传输的QoS。围绕着这两个问题，本文从涉及流媒体传输效率和质量的四个相关方面进行了研究。VBR视频流量平滑技术：与CBR视频相比，VBR的编码方式可以提供质量稳定的视频，传输VBR视频有很高的峰值和较大的带宽波动，造成难以高效地分配服务器和网络资源。有效的流量平滑算法可以在很大程度上降低端到端的资源要求，并保证客户端连续图像播放质量。本文在分析了几种有效的VBR视频流量平滑技术之后，提出了一种简单有效的新算法一基于分段的流量平滑算法。该算法的基本思想是利用客户端的数据缓冲和一定的播放延迟，在流量突发之前预先把一部分数据发送到客户端缓存起来。在提出的算法中首先给出了评价客户端缓冲区充盈程度的一个代价函数，利用代价函数来决定每个段的边界并保证不会使客户端缓冲区上溢或者下溢。该算法通过动态调整段的边界和传输带宽尽可能地扩展段的长度，获得了较少的带宽变化，同时使得段之间带宽变化量和峰值传输速率都较小，提高了带宽利用率。基于组播的流媒体调度算法：流媒体的调度技术随着视频点播(VOD)服务的发展而逐渐发展起来。视频节目的传输需要占用很大的带宽，一个大型的VOD系统要求能存储大量的节目并能同时服务成千上万的用户，使网络带宽和服务器I／O成为系统的瓶颈，如何减小服务器的带宽需要成为了VOD系统设计的关键。流调度算法能有效-地提高系统资源利用率。本文首先分析了两类流媒体调度算法，周期广播算法和流合并算法。在此基础上，提出了一种更有效的基于复用的HarmonicBroadcasting算法，该算法克服了HarmonicBroadcasting使用信道数过多的问题，同时有较小的带宽要求。接着，本文针对点播请求变化的情况，研究了自适应的流调度算法，提出了一种根据节目点播请求强度自适应的流调度方案一分段补丁方案，该方案能根据点播请求的强度自适应地调整分配给这个节目的信道数和带宽。首先提出了一种性能优于传统补丁算法但引入等待时间的批处理补丁算法，在批处理补丁算法的基础上给出了本方案采用的传输策略，针对点播请求率变化的情况提出了如何自适应地调整传输策略的方法，在策略改变的过程中实现了信道的平滑过渡，针对相应的点播请求率选择最适合的传输策略。本文的方案综合了周期广播和流合并算法的优秀思想，无论在点播请求多少时都能选择合适的传输策略，有效地节约了系统带宽，提高了流媒体系统的服务能力。然后，对分段补丁方案进行了改进，提出了不引入启动延迟的流媒体调度方案。流媒体代理缓存技术：针对网络异构性的特点，提出了一种采用代理缓存传输可分