大规模流媒体服务中带宽优化策略的研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a18102023
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随着网络技术和多媒体编解码技术的飞速发展,高带宽消耗、高实时性要求的流媒体服务如今已是当前互联网的“杀手级”应用之一。基于集群视频服务器的大规模流媒体服务系统使用可扩展的集群技术来扩充服务器的服务能力,而基于对等计算技术(Peer-to-Peer,P2P)的大规模流媒体服务系统则采用分布式的系统结构来扩充系统的服务能力。对于这两类大规模流媒体服务系统,设计和开发合理有效的带宽优化策略至关重要。  流调度策略决定了集群视频服务器从存储子系统读取的媒体数据量以及通过网络传输子系统发向用户的数据量。传统的流调度策略为每个用户发送完整的单播数据流。然而,大量的研究文献表明多数用户会在短时间内访问相同的热点媒体对象。若使用传统的流调度策略,集群视频服务器带宽则会被用于传输相同的媒体数据,造成服务器带宽效率的低下。基于此种情况,提出了Medusa流调度策略,该策略通过使用多播流传输方式的使用,极大地优化了集群视频服务器的带宽效率。  广泛使用的VBR(Variable bit rate)编码技术给集群视频服务器的带宽效率造成了极大的负面影响。传统的服务器准入控制策略为每个用户预留媒体数据流传输所需的峰值带宽,而VBR编码所造成的峰值传输带宽需求却高于其平均带宽消耗的几倍甚至几十倍。若使用传统的媒体数据流传输策略和传统的准入控制策略,大量预留的服务器带宽在长时间内不会得到使用,因而降低了服务器的带宽利用率。为了有效解决带宽利用率的优化问题,提出了SBA策略。该策略针对VBR媒体数据流中造成传输带宽变化的根本原因,将媒体数据流分为场景内比特率变化和场景间比特率变化两个部分,并且使用大量的真实媒体文件对这两种比特率变化做了深入的量化研究。在此基础上,分别对两种比特率变化进行了合理有效的平滑,极大地提高了集群视频服务器的带宽利用率。  现有的大规模P2P视频点播系统通常构建于传统的P2P覆盖网络之上。由于传统的P2P覆盖网络主要用于文件共享、数据存储等没有实时性要求的应用。其覆盖网络的构建通常不考虑覆盖网络与物理网络之间的匹配问题,因而造成覆盖网络中邻近结点之间在物理网络上却相距甚远,增加了覆盖网络中搜索消息包对底层物理网络链路的带宽压力。为有效缓解搜索消息包对底层物理网络造成的链路压力,设计开发了Honeycomb覆盖网络,该网络使用“网络接近度”的概念将上层覆盖网络组成一个层次化的环状结构。搜索消息包仅仅只传输给能满足流媒体服务质量需求的邻近结点,从而有效地减少了搜索消息包对物理网络的带宽压力,提高了底层物理网络的带宽效率。  合理有效的应用层多播协议是大规模P2P直播系统的构建基石。传统的应用层多播协议通常只适用于中小型规模的服务,或者需要较大的维护开销,并且实现复杂。Nearcast协议使用终端结点的网络位置表示值将应用层多播组组织成层次化的子树结构,在协议中充分考虑现实网络环境中的连接限制以及结点带宽限制,并且实现简单。仿真实验和实用性能分析表明Nearcast协议在极大提高系统可扩展性的基础之上,能有效的减少同一媒体数据包在同一物理链路上的传输次数,提高底层物理网络的带宽效率。Anysee系统正是Nearcast协议的成功应用实例。
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