流媒體系統(tǒng)的關鍵技術研究.pdf

1、流媒體是寬帶通信網和多媒體技術共同發(fā)展的產物。近年來，隨著Internet的普及和對3G研究的深入，視頻流媒體技術獲得了普遍關注，圍繞數字媒體內容生成、加工、存儲、調度、傳輸、緩存和接收技術的研究，已經成為近期多媒體和通信領域的重要熱點。 文章總結了作者在該領域的主要研究成果，提出了一種基于網絡代價的緩存思想；設計了一種針對移動流媒體業(yè)務的兩級緩存體系結構，基于該體系結構提出了優(yōu)化的視頻調度算法；提出了一種多控制器的集群流媒體代

2、理結構，并設計了基于該結構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；研究了對等網結構下的流媒體系統(tǒng)體系結構，提出一種ZETA結構，并為該結構設計了有效的視頻內容復制與緩存策略；設計了視頻流媒體仿真平臺，對上述算法進行了仿真驗證和性能分析。 論文對研究過程中取得的主要成果進行了詳細闡述。這些創(chuàng)新工作簡要歸納如下：(1)考慮多個內容服務器提供視頻流的Internet網絡現狀，針對流媒體緩存的技術特

3、點，構造了一種新的流媒體緩存效用函數，該函數綜合考慮流媒體節(jié)目的流行度特性及傳輸網絡的代價參數；設計了針對多視頻服務器、基于網絡代價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容消耗的總體網絡代價；該算法在網絡結構復雜、服務器數量眾多、節(jié)目數量龐大的Internet流媒體應用環(huán)境中表現出

4、較優(yōu)越的性能。 (2)在分析GPRS移動流媒體技術現狀的基礎上，提出了一種使用中心緩存和用戶邊界代理兩級緩存機制優(yōu)化流媒體業(yè)務性能和降低核心網絡負載的體系結構2CP(Two-levelCachingProxy)；研究了該體系結構的關鍵技術，如：內容緩存機制、緩存代理的可靠性設計、計費策略、終端適配等；設計了兩級緩存結構中代理服務器的軟件體系結構。2CP結構能夠有效提高流媒體服務質量、降低骨干網負載。 (3)設計了一種基于

5、兩級緩存的移動流媒體調度算法2CMSS(Two-levelCachebasedMobileStreamingSchedulingalgorithm)，建立數學模型分析了其性能；仿真實驗證明，與原有的移動流媒體系統(tǒng)相比，使用2CMSS調度算法的兩級緩存系統(tǒng)能夠有效節(jié)省網絡傳輸開銷，降低用戶啟動時延。 (4)為滿足用戶分散的大規(guī)模視頻流媒體應用需求，提出了一種基于多控制器集群緩存代理結構(MCSCP，Multi-controller

6、basedClusterStreamingCacheProxy)，該體系由一組控制器構成控制子系統(tǒng)，由多個內容存儲器構成分布式的存儲子系統(tǒng)。對控制子系統(tǒng)的關鍵問題進行了深入研究：采用圖論思想給出控制器組的選取算法，設計了一種基于優(yōu)先級的主控制器選舉和在線切換協(xié)議PMEH(PrioritybasedMaster-controllerElectionandHandover)；使用時序邏輯MPTL(Mamma&PnueliTemporalLo

7、gic)對該協(xié)議進行了形式化描述和一致性證明；建立數學模型分析了多控制器體系對系統(tǒng)可靠性的改善程度，討論了控制器選取算法的性能。 (5)采用對等網思想，提出了一種可感知拓撲的增強型鋸齒型流媒體系統(tǒng)結構ZETA(ZigzagEnhancedTopology-awareArchitecture)，設計了基于ZETA結構的分段流媒體內容復制與替換算法ZSDC(ZETASegment-basedDuplicationandCaching