流媒体系统中变动分段缓存策略的研究

摘要

流媒体系统在实际中应用广泛，但大量图形数据在网络传输时出现响应速度慢、网络拥塞严重、缓存利用率低等问题。尤其在硬件带宽较低情况下，如服务器网卡读写能力不足、PCI时钟频率低、总线位宽数低于64位等情况下。本文针对该类问题提出一种基于预期使用价值的缓存替换策略，并以基于斐波那契数列划分的变动分段方式为基础实现流转化。
　　本论文主要分为三个部分:
　　第一，从流媒体关键技术出发，通过对其在不同传输协议、不同编码方式下数据段平均接收分段数、平均下载时间进行统计，分析调度策略在流媒体数据传输中的重要性。通过评估C/S网络结构得出其作为缓存替换策略测试平台的合理性。此外，本文也阐述了静态调度算法的分段方式在调度策略中和缓存替换策略成果及其在点播系统中的重要意义。
　　第二，本文为预期使用价值算法的实现提出一种将斐波那契数列相结合的数据分段方式，并通过Ns2仿真软件对新的数据分段方式进行模拟统计。分析中发现新算法在减小对磁盘资源的占用和降低延时方面都比其余算法具有更好的效果。然后从用户点播体验和用户行为特征入手提出基于预期使用价值的缓存替换策略。
　　第三，针对基于预期使用价值算法，通过二次编码Ns2仿真环境的底层C++代码来拓展Ns2仿真环境功能模块，对编译分级结构中YclObject基类添加派生类。通过建立哑铃型网络拓扑结构，分别对服务器响应延时、客户端请求延时、目标节点延时、网络吞吐量等指标进行测试，得出ULH算法优于传统的LRU、LFU算法。最后将全部策略嵌入到实际网络平台中，对流媒体播放效果进行实验，得到了较好的图像传输效果。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 流媒体技术评定及对安全生产作用

1．2．1 流媒体技术测定标准

1．2．2 流媒体应用实例及安全评定

1．3 论文研究侧重点

1．4 论文组织结构

第2章 流媒体流量传输特性

2．1 引言

2．2 不同传输协议下的流媒体播放

2．2．1 资源预留协议的配比(RSVP)

2．2．2 实时传输协议的配比(RTP)

2．2．3 实时传输控制协议的配比(RTCP)

2．2．4 实时流协议(RTSP)

2．3 调度算法响应分析

2．3．1 平均接收分段数

2．3．2 平均下载时间

2．3．3 分段丢失率

2．4 本章小结

第3章 调度策略分析

3．1 引言

3．2 流媒体访问特性与用户行为特征

3．2．1 流媒体访问特性

3．2．2 用户行为特性

3．3 网络拓扑结构对调度算法的影响

3．3．1 网络模型的实现

3．3．2 局域网为P2P结构算法

3．3．3 局域网为C／S结构算法

3．4 静态数据调度策略中数据段划分

3．5 缓存替换策略在调度算法中的重要性分析

3．5．1 分段缓存策略重要性

3．5．2 LRU最近使用策略

3．5．3 LFU最经常使用策略

3．6 本章小结

第4章 基于斐波那契数列变动分段

4．1 引言

4．2 数据分段方式

4．2．1 延时因子的划分

4．2．2 基于不同模式的延时因子

4．2．3 递归函数经验中的斐波那契数列

4．3 斐波那契算法数据段传输仿真

4．3．1 三叉型网络拓扑仿真

4．3．2 网络瓶颈链路参数设定

4．3．3 优化数列仿真结果分析

4．4 预期使用价值算法

4．4．1 变动分段的用户行为特征分析

4．4．2 基于分段长度的命中率

4．4．3 算法描述

4．5 本章小结

第5章 基于预期使用价值算法仿真实验

5．1 引言

5．2 缓存替换策略流程

5．2．1 测试模型流程

5．2．2 本地资源替换策略

5．2．3 非本地资源替换策略

5．2．4 定时替换策略

5．3 实验测试分析

5．3．1 C／S网络结构实现

5．3．2 基于预期使用价值测试流的播放

5．4 仿真测试分析

5．4．1 哑铃型网络拓扑结构搭建

5．4．2 基于预期使用价值算法模块的模拟

5．4．3 跟踪数据

5．5 仿真结果分析

5．5．1 服务器响应延时

5．5．2 客户端请求延时

5．5．3 目标节点延时测试

5．5．4 网络吞吐量

5．5．5 平均吞吐量

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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