對(duì)等視頻點(diǎn)播數(shù)據(jù)分發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的迅猛增長(zhǎng)和不斷豐富。其中，視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)以其內(nèi)容豐富、獲取便捷等特征得到飛速發(fā)展并吸引了廣大用戶，已成為互聯(lián)網(wǎng)上的“殺手級(jí)”應(yīng)用。然而龐大的用戶規(guī)模，海量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及用戶對(duì)服務(wù)質(zhì)量追求的不斷提高使得以較低成本構(gòu)建高效的分發(fā)系統(tǒng)成為視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)發(fā)展過(guò)程中最迫切的需求之一。
　　 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為視頻點(diǎn)播服務(wù)帶來(lái)了新的契機(jī)。研究如何利用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的靈活性、高可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)構(gòu)建

2、低成本、高效率的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)具有重要的理論和實(shí)際意義。然而在點(diǎn)播系統(tǒng)中，用戶行為不同步，影片連續(xù)播放對(duì)數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間有嚴(yán)格時(shí)序要求，用戶的動(dòng)態(tài)性以及系統(tǒng)支持交互式操作等因素給上述問(wèn)題帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。
　　 本文針對(duì)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分發(fā)策略展開(kāi)深入研究，旨在通過(guò)協(xié)調(diào)和利用終端節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)作來(lái)提高數(shù)據(jù)分發(fā)效率和服務(wù)質(zhì)量。從服務(wù)的角度出發(fā)，研究當(dāng)用戶產(chǎn)生數(shù)據(jù)需求時(shí)，如何幫助其快速、準(zhǔn)確的定位能夠提供服務(wù)的節(jié)點(diǎn)；
　　

3、研究點(diǎn)播同一部影片的用戶應(yīng)如何以較小代價(jià)來(lái)優(yōu)化服務(wù)容量供給進(jìn)而提高相互共享的效率；研究如何借助于系統(tǒng)中空閑節(jié)點(diǎn)幫助并通過(guò)高效管理來(lái)提升系統(tǒng)服務(wù)容量減少對(duì)媒體服務(wù)器的需求。本文工作主要包括如下三個(gè)方面：
　　 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播系統(tǒng)中，用戶行為不同步以及系統(tǒng)對(duì)交互式應(yīng)用的支持使得傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的服務(wù)定位策略不能很好的滿足需求。為此，本文第三章中提出了一種半結(jié)構(gòu)化的索引結(jié)構(gòu)來(lái)幫助用戶提高服務(wù)定位的效率。索引結(jié)構(gòu)的骨干部分由系統(tǒng)中自

4、適應(yīng)選擇出的穩(wěn)定性相對(duì)較好的用戶參與構(gòu)建和維護(hù)，其他用戶選擇連接到骨干部分參與索引機(jī)制的構(gòu)建并共享定位服務(wù)。同時(shí)，基于對(duì)服務(wù)定位效率、準(zhǔn)確性以及魯棒性等因素的考慮，一種簡(jiǎn)潔高效的管理策略被提出，用于維護(hù)上述結(jié)構(gòu)中的索引關(guān)系。仿真實(shí)驗(yàn)表明，得益于相對(duì)穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作及高效索引關(guān)系的組織，提出的索引結(jié)構(gòu)能夠高效幫助用戶進(jìn)行快速服務(wù)定位。
　　 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的核心思想在于充分提升各用戶的服務(wù)容量從而為彼此的請(qǐng)求提供高效服務(wù)。然而點(diǎn)播系統(tǒng)中

5、用戶行為不同步，影片連續(xù)播放的需求以及對(duì)交互式應(yīng)用的影響使得各用戶對(duì)影片片段的需求（或興趣）僅依賴于其當(dāng)前的播放位置并且同一時(shí)刻的用戶需求分散，現(xiàn)有點(diǎn)播系統(tǒng)調(diào)度策略的研究缺乏對(duì)該特征的有效支持。
　　 為此，本文第四章中深入分析了點(diǎn)播系統(tǒng)中服務(wù)容量需求和供給間的關(guān)系，提出分析了如何以最小代價(jià)進(jìn)行服務(wù)容量?jī)?yōu)化的問(wèn)題并給出了該問(wèn)題的精確算法以及多項(xiàng)式時(shí)間近似算法。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向服務(wù)容量?jī)?yōu)化的數(shù)據(jù)調(diào)度策略，在優(yōu)先滿足用戶連續(xù)播放

6、需求的前提下，通過(guò)下載小部分合適的片段對(duì)其服務(wù)容量進(jìn)行優(yōu)化，提升相互共享的效率。仿真實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)于廣泛部署于現(xiàn)有點(diǎn)播系統(tǒng)中的調(diào)度策略，提出的策略能夠?qū)崿F(xiàn)用戶上行帶寬更高效的利用。
　　 當(dāng)點(diǎn)播系統(tǒng)中的用戶受接入方式限制或者其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的影響導(dǎo)致相互間共享不能滿足他們對(duì)服務(wù)容量的需求時(shí)，點(diǎn)播系統(tǒng)的可擴(kuò)展性將受到嚴(yán)重影響。本文第五章中針對(duì)該條件下應(yīng)如何提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性的問(wèn)題展開(kāi)研究。在點(diǎn)播系統(tǒng)中，常見(jiàn)的用戶行為模式是：一個(gè)用戶加入

7、系統(tǒng)，選擇觀看某個(gè)影片，完成后退出系統(tǒng)。
　　 若通過(guò)一個(gè)合理的機(jī)制激勵(lì)那些觀看完影片的用戶在系統(tǒng)中作更長(zhǎng)的時(shí)間停留或者即使不觀看任何影片也能加入系統(tǒng)，則可充分利用這些空閑節(jié)點(diǎn)的上行帶寬來(lái)提升系統(tǒng)的服務(wù)容量：通過(guò)合理調(diào)度，讓這部分空閑節(jié)點(diǎn)適當(dāng)下載小部分影片片段并利用上行帶寬來(lái)提供服務(wù)。基于上述考慮，文中首先對(duì)有空閑節(jié)點(diǎn)幫助的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播系統(tǒng)進(jìn)行了建模分析，建立系統(tǒng)各參數(shù)間關(guān)系及調(diào)整準(zhǔn)則。同時(shí)考慮到空閑節(jié)點(diǎn)的不穩(wěn)定性及資源稀缺性，