面向4K流媒体的融合内容分发管理系统的研究与实现

摘要

随着互联网技术的高速发展、移动网络的普及、智能终端产品的不断更新，视频播放的需求得到了迅猛发展，各类高清、4K超高清视频业务也在逐渐普及，未来基于视频的相关应用业务将是推动网络流量加速增长的主要因素;由此也使得流媒体流量在网络中急剧增大，视频内容的高并发请求呈现指数型增长，这就给负责流媒体内容传送的网络—内容分发网络(Content Distribution Networks，CDN)提出了更高的要求。
　　现有的内容分发网络在降低骨干网络负载、加快用户响应速度、提高用户体验上取得了一定进展，但仍然存在诸多不足。在负载均衡技术方面，在常用的加权最小连接算法上现有的CDN网络在其权值计算上并不理想，其计算方式得出的结果并不能准确反应出服务器的实际负载性能;另外，现有的算法在运用于内容分发管理系统中并没有考虑到内容命中率的问题，在CDN系统中内容是否命中往往决定了用户请求能否得到满足。在内容分发管理接口技术方面，现有的CDN管理系统对于内容请求还是以线性处理为主，当用户量增大，同时在线人数过多时，系统将不堪重负，出现任务阻塞、反应过慢、系统卡顿的现象，反应出单点压力过载的问题，严重影响视频流的分发和终端用户的体验，也非常不利于后续运维及升级操作，维护代价高、不可持续。在融合内容分发管理系统架构设计上，仍然存在内容注入速度过慢、内容命中率低、用户响应速度过慢等问题。
　　因此，本论文从流媒体技术与CND网络技术多业务融合的角度出发，对融合CDN网络的相关技术进行研究，主要工作包括以下几个方面:第一，研究分析了CDN网络与流媒体关键技术，理解了CDN网络原理与流媒体技术原理，为后续研究工作打下坚实的理论基础。第二，针对CDN网络中基于加权最小连接算法的负载均衡技术在权值计算上的不准确性，提出了一种基于服务器资源状况的计算方法，该计算方法需要获取服务器的四种资源状况，并在一定时间内取平均值计算得出权值;然后在此基础上设计了一种基于动态反馈的多级负载均衡策略。第三，面对大数据流量、高并发请求下，内容分发管理接口系统中内容管理接口部件与媒体管理部件之间采用线性处理的不足，提出了改进的设计思路，设计并实现了基于ZooKeeper的内容分发管理分布式接口子系统，最后对系统进行了测试与验证。第四，基于上述研究成果，给出了一种融合内容分发管理系统的架构设计思路，结合相关理论阐述了各个模块的工作流程和实现方法;然后介绍了此融合内容分发管理系统的系统部署与组网架构，对核心功能模块进行了测试与分析，并验证了本硕士论文的理论研究工作。
　　本论文对面向4K流媒体的融合CDN系统的负载均衡技术与内容管理接口技术进行了深入的研究与分析，优化了加权最小连接算法，研究并设计了基于动态反馈的多级负载均衡策略;改进了内容管理接口子系统的架构，设计并实现了分布式的内容管理接口子系统;最后在此基础上实现了融合的内容分发管理系统。实验结果表明本论文提出的相关算法与机制能够对流媒体内容进行快速、高效地分发与管理，提高了资源利用率，对内容分发网络的发展有重要借鉴意义。

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摘要

图目录

表目录

缩略词表

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 CDN网络

1．1．2 4K流媒体

1．2 研究目标

1．3 研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 研究现状

2．1 引言

2．2 CDN网络中的负载均衡技术

2．3 融合CDN及其管理接口技术

2．4 研究现状总结

3．1 引言

3．2 基于HTTP的重定向技术

3．3 加权最小连接算法及其优化策略分析

3．3．1 加权最小连接算法

3．3．2 算法优化与设计

3．4 基于动态反馈的多级负载均衡算法设计

3．5 本章小结

第四章 内容分发管理分布式接口子系统

4．1 引言

4．2 内容管理接口子系统分析

4．3 ZooKeeper技术

4．3．1 ZooKeeper架构及基本原理

4．3．2 ZooKeeper数据模型

4．3．3 Watch机制

4．4 子系统改进设计与实现

4．4．1 分布式接口子系统整体架构设计

4．4．2 分布式接口子系统数据模型设计

4．4．3 服务提供者实现机制

4．4．4 服务消费者实现机制

4．5 子系统验证与分析

4．5．1 实验环境

4．5．2 实验设计与结果分析

4．6 本章小结

第五章 融合内容分发管理系统设计与实现

5．1 引言

5．2 融合CDN整体架构

5．3 融合内容分发管理系统设计

5．4 融合内容分发管理系统实现

5．4．1 内容分发管理接口模块

5．4．2 媒体管理模块

5．4．3 媒体业务调度模块

5．4．4 行为分析模块

5．4．5 运维模块

5．5 系统部署与测试

5．5．1 系统部署

5．5．2 系统功能与性能测试

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间论文发表情况

实习情况介绍