流媒體系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、流媒體是寬帶通信網(wǎng)和多媒體技術(shù)共同發(fā)展的產(chǎn)物。近年來(lái)，隨著Internet的普及和對(duì)3G研究的深入，視頻流媒體技術(shù)獲得了普遍關(guān)注，圍繞數(shù)字媒體內(nèi)容生成、加工、存儲(chǔ)、調(diào)度、傳輸、緩存和接收技術(shù)的研究，已經(jīng)成為近期多媒體和通信領(lǐng)域的重要熱點(diǎn)。 文章總結(jié)了作者在該領(lǐng)域的主要研究成果，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)代價(jià)的緩存思想；設(shè)計(jì)了一種針對(duì)移動(dòng)流媒體業(yè)務(wù)的兩級(jí)緩存體系結(jié)構(gòu)，基于該體系結(jié)構(gòu)提出了優(yōu)化的視頻調(diào)度算法；提出了一種多控制器的集群流媒體代

2、理結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了基于該結(jié)構(gòu)的控制組選取算法和主控制器選舉和切換協(xié)議，使用形式化方法證明了該協(xié)議的有效性；研究了對(duì)等網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的流媒體系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，提出一種ZETA結(jié)構(gòu)，并為該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了有效的視頻內(nèi)容復(fù)制與緩存策略；設(shè)計(jì)了視頻流媒體仿真平臺(tái)，對(duì)上述算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和性能分析。 論文對(duì)研究過(guò)程中取得的主要成果進(jìn)行了詳細(xì)闡述。這些創(chuàng)新工作簡(jiǎn)要?dú)w納如下：(1)考慮多個(gè)內(nèi)容服務(wù)器提供視頻流的Internet網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，針對(duì)流媒體緩存的技術(shù)特

3、點(diǎn)，構(gòu)造了一種新的流媒體緩存效用函數(shù)，該函數(shù)綜合考慮流媒體節(jié)目的流行度特性及傳輸網(wǎng)絡(luò)的代價(jià)參數(shù)；設(shè)計(jì)了針對(duì)多視頻服務(wù)器、基于網(wǎng)絡(luò)代價(jià)的流媒體緩存分配與替換算法NCB(NetworkCostBasedcacheallocationandreplacementalgorithm)，NCB算法有效提高了緩存命中率，降低了傳送流媒體內(nèi)容消耗的總體網(wǎng)絡(luò)代價(jià)；該算法在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、服務(wù)器數(shù)量眾多、節(jié)目數(shù)量龐大的Internet流媒體應(yīng)用環(huán)境中表現(xiàn)出

4、較優(yōu)越的性能。 (2)在分析GPRS移動(dòng)流媒體技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一種使用中心緩存和用戶邊界代理兩級(jí)緩存機(jī)制優(yōu)化流媒體業(yè)務(wù)性能和降低核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的體系結(jié)構(gòu)2CP(Two-levelCachingProxy)；研究了該體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，如：內(nèi)容緩存機(jī)制、緩存代理的可靠性設(shè)計(jì)、計(jì)費(fèi)策略、終端適配等；設(shè)計(jì)了兩級(jí)緩存結(jié)構(gòu)中代理服務(wù)器的軟件體系結(jié)構(gòu)。2CP結(jié)構(gòu)能夠有效提高流媒體服務(wù)質(zhì)量、降低骨干網(wǎng)負(fù)載。 (3)設(shè)計(jì)了一種基于

5、兩級(jí)緩存的移動(dòng)流媒體調(diào)度算法2CMSS(Two-levelCachebasedMobileStreamingSchedulingalgorithm)，建立數(shù)學(xué)模型分析了其性能；仿真實(shí)驗(yàn)證明，與原有的移動(dòng)流媒體系統(tǒng)相比，使用2CMSS調(diào)度算法的兩級(jí)緩存系統(tǒng)能夠有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸開銷，降低用戶啟動(dòng)時(shí)延。 (4)為滿足用戶分散的大規(guī)模視頻流媒體應(yīng)用需求，提出了一種基于多控制器集群緩存代理結(jié)構(gòu)(MCSCP，Multi-controller

6、basedClusterStreamingCacheProxy)，該體系由一組控制器構(gòu)成控制子系統(tǒng)，由多個(gè)內(nèi)容存儲(chǔ)器構(gòu)成分布式的存儲(chǔ)子系統(tǒng)。對(duì)控制子系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入研究：采用圖論思想給出控制器組的選取算法，設(shè)計(jì)了一種基于優(yōu)先級(jí)的主控制器選舉和在線切換協(xié)議PMEH(PrioritybasedMaster-controllerElectionandHandover)；使用時(shí)序邏輯MPTL(Mamma&PnueliTemporalLo

7、gic)對(duì)該協(xié)議進(jìn)行了形式化描述和一致性證明；建立數(shù)學(xué)模型分析了多控制器體系對(duì)系統(tǒng)可靠性的改善程度，討論了控制器選取算法的性能。 (5)采用對(duì)等網(wǎng)思想，提出了一種可感知拓?fù)涞脑鰪?qiáng)型鋸齒型流媒體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ZETA(ZigzagEnhancedTopology-awareArchitecture)，設(shè)計(jì)了基于ZETA結(jié)構(gòu)的分段流媒體內(nèi)容復(fù)制與替換算法ZSDC(ZETASegment-basedDuplicationandCaching