基于P2P协作的代理缓存流媒体调度算法研究

摘要

随着计算机硬件水平与宽带网络的迅速发展，多媒体服务越来越受到人们的欢迎。由于流媒体技术能够有效的实现直播与交互式点播，成为近来研究的热点。网络结构与调度算法关系到流媒体系统的服务质量，成为流媒体技术的研究重点。 在流媒体网络模式中，传统C/S模式结构相对简单容易管理，但整个系统的服务能力受中央媒体服务与主干网络影响较大，不能很好的适应数据传输量大持续时间长的流媒体服务。于是人们提出P2P网络模式，网络中对等节点之间互为服务器与客户端，实现数据共享，但网络环境复杂对等节点难于管理。 将经常被访问的数据缓存到离客户端相对较近的代理服务器上，通过代理服务直接为客户端提供服务，并且为增大缓存空间，将多个代理服务器组成簇，是一个有效提高服务质量减少用户时延的方法。由于缓存空间有限，代理服务器必须有选择性的缓存媒体文件。如何准确的选择需要缓存的数据并把这些数据分配到不同代理服务器，使得系统能够服务更多用户，提供更好的服务质量，是缓存算法面临的主要问题。 为解决上述网络模式问题，本文采用具有中心流媒体服务器，且代理服务器能够进行P2P协作的混合网络。能够有效避免C/S模式下过分依赖中心流媒体服务器的情况，及纯P2P网络环境下节点之间难于管理，易造成网络抖动的情况。 在缓存数据的选择上，本文引入以数据量为基础的媒体文件流行度Popularity和缓存效率CE，按照流行度高的数据占用较大存储空间的原则，利用媒体文件的存储效率为每个前缀分配相应的存储空间。在数据传输时，连接中心媒体服务器的主干网络需要传输一些必要的数据，增强客户端交互性或是避免网络抖动，保证客户端正常播放。在不影响客户端播放质量的情况下，应该尽量利用边缘网络传输数据减少主干网络压力。本文将为主干网络与边缘网络赋予不同权重，引入C(i，j，p'l)表示媒体文件i在代理服务器j缓存p'l的数据量时所需的传输成本，并按传输成本将前缀降序排列，代理服务器升序排列。将前缀依次分配到代理服务器上，使得整个网络中传输成本最小。 本文提出的基于P2P协作的代理缓存流媒体调度算法PCSPC(Proxy－CacllingSchedulerbasedonP2PCooperation)，选取合适的网络模式，综合考虑缓存空间利用率与传输成本，使代理缓存尽量存储价值较高的前缀部分，提高了客户端请求命中率，特别是在存储空间受限的情况下，该算法优点突出。在传输数据时，本算法使得普通数据倾向于在代理服务器与客户端之间的边缘网络上传输，保证主干网络传输必要的控制信息与紧急信息。特别是在用户请求频繁时，主干网络压力上升缓慢，能够服务较多用户。在文章最后通过仿真结果，与其他类似算法相比，证明其有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2流媒体及其关键技术

2.1 P2P及相关技术

2.1.1 C/S模式

2.1.2 P2P网络模式

2.1.3 P2P的网络拓扑结构发展

2.1.4 P2P流媒体技术

2.2 流媒体技术

2.2.1 流媒体技术原理

2.2.2 流媒体播送技术

2.3 缓存技术

2.3.1 缓存简介

2.3.2 实现架构

2.3.3 缓存技术的评价方法及指标

2.3.4 主要缓存算法分析：

3流媒体内容受访特征分析与流行度

3.1 用户对媒体访问的行为的研究

3.2 媒体受访特性与流行度的关系

3.3 现有流行度分析的不足

3.4 媒体流行度

3.4.1 内容流行度

3.4.2 点播流行度

3.5 本章小结

4 P2P协作的代理缓存流媒体调度算法

4.1 相关工作

4.2 系统研究环境

4.3 主要方法详述

4.3.1 媒体的存储效率

4.3.2 决定前缀部分大小及分配

4.3.3 调度算法及证明

4.3.4 将不同数据流组成一个新的数据流

5仿真介绍与结果比较

5.1 主流仿真工具介绍

5.1.1 OPNET简介

5.1.2 MATLAB简介

5.1.3 NS-2简介

5.2 仿真结果比较

5.3 结论

6总结与展望

参考文献

致谢

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