【硕士论文】基于QoS保障的宽带网络视频的流调度策略及缓存管理策略.pdf

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1、上海交通大学博士学位论文基于OoS保障的宽带网络视频的流调度策略及缓存管理策略摘要网络走向宽带时代，是不可阻挡的趋势。近年来，随着宽带网络的普及，网络视频业务也成为宽带新业务的宠儿，如IPTV、宽带视频点播、视频会议、远程教育、远程医疗等宽带网络视频业务。另一方面，流媒体在宽带网络上的传输，也面临着严峻的挑战。为了保证宽带网络能够商业运营成功，一方面，要提供具有竞争力的价格，另一方面要保证客户端能够接收到00s良好的媒体流。这两个方面都直接影响到宽带视频业务与传统业务之间的竞争力，前者(价格)与提供宽带视频业务所消耗的系统资源直接相关：具体地说系

2、统资源包括网络带宽、网络传输花销的资源、视频服务器资源和I／0资源、客户端所需要的buffer以及多媒体代理服务器的缓存资源，后者(OoS)包括视频接收质量、点播的启动延迟时间、VCR互动功能以及公平性等等。如何保证客户端接收到良好OoS视频的同时，尽量通过流调度技术和缓存管理技术来节约系统和两络资源，是当前流媒体技术研究和改进的方向。作为流媒体关键技术之一的媒体流调度策略，对合理地分配系统资源起到了重要的作用。媒体流调度策略分为静态流调度策略和动态流调度策略，本文分别在第二章和第三章对静态流调度策略和动态流调度策略做了一定的研究。视频服务器I／

3、0带宽(网络带宽)需要量、客户机端的buffer需要量和启动延迟时间的大小，是衡量静态调度算法性能好坏的三个关键指标。本文第二章在对MPB方法深入分析的基础上提出了一种避免冗余、交替传输的金字塔镜像广播算法(ARIT-MPB)，与传统的摘要MPB方法相比，它能减少视频服务器I／O带宽(网络带宽)需要量、客户机端的buffer需要量，同时也能大幅减少启动延迟时间。本文在第三章中，首先构建了基于“随意的点播时刻”和“从随意的节目时刻开始点播”的二维空间模型，建立了周期补丁算法的流方程，并推导出能够合并入组播流方程的可行解。其次，提出了一种资源耗费模型

4、，并推导出最优周期常数Period的数学解析表达式，指出最优组播分段数七与节目访问强度A的平方根成正比；再次，给出了补丁流消耗带宽的波动图接着把结论推广到多节目的情况，并得到在多节目情况下资源分配的优先策略。另外第三章还提出了一种补丁策略一多次二级组播补丁流算法，该算法通过对补丁流的多次二级组播，能够增加节目流共享的比重，并能减少系统在补丁流上的资源花销。利用代理服务器对存储于远端服务器上的内容进行缓存(Cache)也是一种能够提高流媒体QoS和节约资源开销的关键技术。第四章首先提出了部分支持VCR操作的前缀缓存算法，能够提高VCR互操作功能以及

5、减少启动延迟，并指出当系统分配给视频对象吒的前缀缓存与节目的访问强度丑的立方根成正比，与汀成正比(其中．t是视频对象蚱的长度)时，服务器带宽取最小值：最后针对远程网上购物等宽带视频业务，提出了一种基于未来命中率期望值的缓存替换算法。视频点播是一个具有广阔前景的宽带业务。在第五章中。结合项目的实例，给出了一个实用的视频点播设计框架，并采用了许多先进的流媒体技术，如用分层设计的方法来避开系统瓶颈；多客户管理方案：对客户机端buffer采取合适的控制策略，以及RTP／RTcP自适应拥塞控制算法。在项目中。本人参与并主要负责了上述模块的设计和实现。II上

6、海交通大学博士学位论文关键词：宽带网络，流媒体，流调度技术，多媒体代理服务器缓存管理(缓存替换)，服务质量，视频点播(网络电视)InABSTRACTSTREAⅣ匝NGSCHEDULINGANDCACHEMANAGEA哇ENTINTHEBROADBANDNETWORKBASEDONQOSABSTRACTItissurethatthenetworkwillenteranewbroadbandera．Recently,withthevideoserviceonthenetworkisincreasing．IPTVpopularityofbroadban

7、dnetwork,thebroadbandvideo—on-demand(roD)，videoconference，remoteeducation,andremotemedicaltreatmentarebecomingmoreandmorepopular．However,thetransmissionofthestreamingmediaonthebroadbandnetworkisfacingabigchallenge．InordertoensuretheSuccessofthebroadbandcommercialoperation，ono

8、nehand,atowpriceisamust；ontheotherhand，agoodQoS(QualhyofService)isen