有线交互数字电视系统设计与系统负载均衡研究

摘要

本文研究的内容是基于有线电视网络的交互数字电视系统的解决方案和系统负载均衡。有线交互数字电视系统提供视频点播、时移电视、个人视频录像等交互电视业务，打造全新、主动、交互的电视观看方式。交互数字电视发展在我国刚刚起步，为了更好对现阶段交互数字电视系统的建设经验进行总结，并对系统扩容与新系统建设提供指导，本文选择有线交互数字电视系统作为研究课题。 首先，本文较全面地介绍了当前国内外交互电视业务的发展情况，并对视频点播技术的发展现状予以归纳，阐明了在这样背景下建设交互数字电视系统并对其进行研究的意义。 其次，本文通过引入实际案例全面探讨了有线交互数字电视系统从服务前端到客户终端的整体方案。本文又对有线电视网络视频点播的工作原理、系统的应用软件开放式架构、视频服务器系统方案多项关键技术进行了论述。然后，本文选择视频点播前端系统的负载均衡作为重点的研究对象，从视频点播请求调度算法和节目副本放置算法两方面进行分析。在点播请求调度算法中，本文提出了按负载权值作为处理单元（播出卡）的实际负载，设计了基本负载优先算法和改进负载优先算法；在节目调度算法中，本文又借鉴Zipf定律，以“80/20规则”建立了节目访问模型，并提出以点播率权值反映节目点播访问率，设计了节目副本放置算法。 最后，本文采用理论分析与实验模拟的方式对基本负载优先算法和改进负载优先算法进行比较，分别从遍历次数与播出卡数量关系、遍历次数与负载率关系、负载标准差与负载率的关系进行分析。通过计算负载标准差，验证了两种算法都可以使系统达到负载均衡，其中改进负载优先算法的负载标准差略高于基本负载优先算法，但是它减少了遍历播出卡次数，提高了算法的性能。本文对节目副本放置算法也进行了理论推导。本文的意义在于，随着我国有线电视网络双向改造、数字电视平移不断深入，国内交互电视业务也不断发展，本文在总结现阶段交互电视系统建设经验的基础上，将为新建设的交互数字电视系统提供一定的指导。