基于Mesh對(duì)等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)建模、監(jiān)測(cè)與性能優(yōu)化研究.pdf

1、隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，流媒體分發(fā)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。同時(shí)，日益增加的用戶和視頻數(shù)據(jù)，也給大規(guī)模流媒體分發(fā)服務(wù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。作為商業(yè)級(jí)應(yīng)用的IPTV，面臨向海量用戶同時(shí)傳送多套高清質(zhì)量視頻節(jié)目的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)IPTV分發(fā)的實(shí)現(xiàn)、保障、計(jì)費(fèi)提出了更加苛刻的要求，現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)難以滿足。近幾年興起的基于對(duì)等網(wǎng)的IPTV分發(fā)技術(shù)充分利用終端節(jié)點(diǎn)資源，具有良好的擴(kuò)展性和較低的成本，逐漸成為IPTV分發(fā)技術(shù)發(fā)展的主流方向。在基于對(duì)等網(wǎng)

2、的IPTV分發(fā)技術(shù)中，Mesh架構(gòu)以其適應(yīng)對(duì)等網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)高度擾動(dòng)、充分利用節(jié)點(diǎn)帶寬資源等特性，成為最吸引入的研究領(lǐng)域。但是，盡管人們就基于Mesh對(duì)等網(wǎng)的IPTV分發(fā)相關(guān)問(wèn)題做了大量深入的研究，但面對(duì)IPTV直播業(yè)務(wù)高度實(shí)時(shí)性、同步性、高質(zhì)量保障的要求，仍然有很多問(wèn)題亟待解決。 本文在對(duì)IPTV分發(fā)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)、全面地分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，深入細(xì)致地研究了基于Mesh對(duì)等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)中的部分關(guān)鍵問(wèn)題，取

3、得了若干創(chuàng)新和成果。本文的主要貢獻(xiàn)包括： 1．提出基于Mesh對(duì)等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)過(guò)程中視頻片段全生命周期的產(chǎn)量模型。視頻片段產(chǎn)量指全系統(tǒng)截至?xí)r刻t擁有視頻片段m的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，反映系統(tǒng)整體對(duì)特定視頻片段m的理論最大供應(yīng)能力，具有非常重要的意義。針對(duì)已有相關(guān)研究均基于節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)無(wú)限的假設(shè)，并受此所限只對(duì)視頻片段產(chǎn)生和傳播過(guò)程的產(chǎn)量做了初步討論，本文分析緩沖區(qū)受限情況下系統(tǒng)中視頻片段從產(chǎn)生到消逝的完整生命期內(nèi)的產(chǎn)量變化過(guò)程，將視頻

4、片段產(chǎn)量函數(shù)劃分為增長(zhǎng)期/平穩(wěn)期/消退期三階段并作相應(yīng)分析，討論系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)產(chǎn)量函數(shù)的影響，并就靜態(tài)拓?fù)?、零初始線性增長(zhǎng)拓?fù)洹⒎橇愠跏季€性增長(zhǎng)拓?fù)涞鹊湫蛨?chǎng)景下視頻片段產(chǎn)量函數(shù)具體形式作相應(yīng)分析，最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了本文模型及分析的有效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)考察了各種參數(shù)和復(fù)雜情況下視頻片段完整生命期的產(chǎn)量變化過(guò)程和特性。 2．提出一種適于基于Mesh對(duì)等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)的業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)算法。針對(duì)系統(tǒng)中海量自組織節(jié)點(diǎn)的大規(guī)模性和動(dòng)態(tài)性

5、、業(yè)務(wù)質(zhì)量自身實(shí)時(shí)變化等所帶來(lái)的問(wèn)題，提出基于并行無(wú)偏隨機(jī)游動(dòng)連續(xù)采樣的業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)算法，對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；從理論角度分析了該算法的正確性和可行性；并就算法的性能和影響因素進(jìn)行討論；最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了采用無(wú)偏隨機(jī)游動(dòng)對(duì)IPTV業(yè)務(wù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的可行性，監(jiān)測(cè)算法的有效性、精確性和實(shí)時(shí)性，同時(shí)具有較低的開(kāi)銷；并展示了不同拓?fù)?、不同系統(tǒng)規(guī)模、不同隨機(jī)游動(dòng)參數(shù)等對(duì)監(jiān)測(cè)算法效果的影響。該監(jiān)測(cè)算法克服了采用日志服務(wù)器、主動(dòng)爬行器收集、在特定節(jié)點(diǎn)部

6、署被動(dòng)嗅探設(shè)施等已有方法的監(jiān)測(cè)開(kāi)銷大、實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)，適于基于Mesh對(duì)等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)系統(tǒng)業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)。 3．提出一種用于優(yōu)化基于Mesh對(duì)等網(wǎng)的IPTV直播分發(fā)業(yè)務(wù)時(shí)延的優(yōu)先級(jí)搶占算法。針對(duì)Mesh中因鄰居間完全平等、無(wú)層次、無(wú)父子關(guān)系而難以利用搶占算法的問(wèn)題，在Mesh架構(gòu)中分布式的周期動(dòng)態(tài)定位主分發(fā)架構(gòu)，利用主分發(fā)架構(gòu)路由優(yōu)先級(jí)搶占信令，充分利用節(jié)點(diǎn)具有的異構(gòu)特性，在分析節(jié)點(diǎn)鄰居關(guān)系基礎(chǔ)上，使得高能力、高優(yōu)先級(jí)的節(jié)

7、點(diǎn)搶占低能力的節(jié)點(diǎn)，從而盡可能的處于系統(tǒng)上層，以便降低視頻片段分發(fā)時(shí)延，提升系統(tǒng)性能，同時(shí)提升貢獻(xiàn)大的高能力節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)指標(biāo)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，所提算法在保持系統(tǒng)平均媒體質(zhì)量基本不變和較低控制開(kāi)銷的同時(shí)，顯著降低了業(yè)務(wù)時(shí)延。 4．提出一種集成業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)支撐架構(gòu)。針對(duì)IPTV直播分發(fā)中單純基于對(duì)等網(wǎng)用戶資源分發(fā)難以保障業(yè)務(wù)質(zhì)量、而采用CDN或類似架構(gòu)分發(fā)又成本較高、擴(kuò)展性差的問(wèn)題，提出由支撐節(jié)點(diǎn)組成的集成業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)支撐架構(gòu)，對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)