基于集群的视频点播系统代理缓存技术研究

摘要

随着计算机处理能力的提高、宽带技术的高速发展，视频点播(VOD)等交互式服务得到了越来越广泛的应用。然而，随着用户数目的急剧增加，出现了服务器负载过重、用户响应延迟变大以及网络拥塞等问题。 缓存技术是上述问题的重要方法之一，通过在靠近用户的网络边缘设置缓存代理服务器，将用户频繁访问的数据放置在代理服务器上，可以减少用户访问源服务器的次数，这样一方面提高了用户响应速度，降低了服务的响应延迟，另一方面也极大的缓解了源服务器的负载，减轻了主干网拥塞，因而代理缓存技术能够明显提高服务质量。 本文首先介绍了流媒体和代理缓存的基本概念，并对视频点播系统中流媒体访问的局部性、用户请求规律、缓存策略以及缓存调整等若干相关技术进行了研究。然后提出了集群代理缓存中缓存的优化配置和调整的策略及算法。在算法中，系统中的影片等长分段，每段都可以作为一个独立的缓存对象。通过点播率来预测出对象所需的服务带宽，并以此作为配置和调整的依据。缓存配置算法的主要目的是使缓存在系统的各缓存节点上合理分布，以提高缓存利用率。采用对象所需服务带宽与占用空间之比作为其缓存利用率的判断标准，优先将缓存利用率高的对象缓存在服务能力高的节点上，并尽量使属于同一影片的相邻逻辑段存放在同一节点上来减少服务切换，同时在对象所需带宽或空间超出最适合节点的缓存能力时，将其分配到多个节点上。调整算法以减小调整过程中的复制费用为主要目标。将每次调整后预期的缓存利用率的提升和调整的代价相权衡，在完全调整代价较大的情况下，采用一种代价相对较小的简单替换方法。最后通过仿真试验验证了算法的有效性。

目录

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第1章绪论

1.1 流媒体技术简介

1.1.1 流媒体的主要特点

1.1.2 流媒体的传输方式

1.1.3 流媒体的播放方式

1.1.4 流媒体技术的应用

1.2 代理缓存技术

1.2.1 Web代理缓存

1.2.2 流媒体代理缓存

1.2.3 集群服务器代理缓存

1.3 本文的主要工作和组织结构

第2章VOD缓存相关技术研究

2.1 VOD系统流媒体访问特性

2.1.1 流媒体的访问局部性

2.1.2 用户请求规律

2.2 基于访问量的流行度预测

2.3 VOD系统的缓存策略

2.4 VOD系统的缓存调整

2.4.1 替换算法

2.4.2 调整策略

第3章基于集群的VOD代理缓存

3.1 系统结构

3.1.1 分布式视频点播系统

3.1.2 集群结构的代理服务器

3.2 集群系统的缓存管理

3.3 集群代理缓存的服务

第4章集群VOD系统的缓存配置

4.1 集群代理缓存配置概述

4.2 基于缓存利用率的缓存配置策略

4.2.1 问题模型

4.2.2 缓存配置问题描述

4.2.3 配置算法

4.3 实验与分析

4.4 小结

第5章集群VOD系统的缓存调整

5.1 引言

5.2 基于费用的缓存调整

5.2.1 调整策略

5.2.2 替换算法

5.3 实验与分析

5.4 小结

第6章总结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果