流媒体系统基于用户行为分析的资源管理研究

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1、中国科学技术大学博士学位论又流媒体系统基于用户行为分析的资源管理研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：张西文控制理论与控制工程吴刚教授二。一四年五月四日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeResourceManagementBasedonUserBehaviorAnalysisinStreamingServiceSystemsAuthor’SName：XiwenZhangspecialit

2、y：ControlTheoryandControlEngineeringSupervisor：Prof．GangWuFinishedtime：May4m，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：竺i±：妥：三中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之

3、一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开作者签名：笺≯聊签一酗畚导师签逊签字日期：二坦4生j幺二L签字日期：乏兰蚴叼摘要随着通信技术和互联网的发展，视频点播服务(Vide

4、oonDemand，VoD)以其访问便捷、内容丰富等特征越来越受到人们的关注并得到了飞速发展，成为互联网上的主流应用。为应对庞大的用户规模、海量的数据存储和动态的用户交互请求，内容分发网络和对等网络等构建于物理网络之上的逻辑覆盖网络被用于流媒体系统的开发，以提高系统的吞吐量和可扩展性。用户在视频访问过程中的交互式操作和分布式系统中节点及资源的动态变化都制约了流媒体服务的服务质量，研究流媒体中的用户行为模型和资源管理策略，对提供高质量的流媒体服务具有重要的现实意义。本文以国家863项目“融合网络业

5、务体系的开发”课题和国家科技支撑计划“支持跨区域、多运营商的新一代广播电视服务系统”课题为研究背景，以提高系统资源利用效率、保障流媒体服务的服务质量为目的，在多媒体覆盖网络中研究系统的资源管理和服务组合策略，通过对用户在流媒体播放过程中的交互式操作行为的统计建模，实现高性能的流媒体数据缓存预取策略。本文主要研究内容包括以下三个方面：(1)提出一种保障QoS分布式流媒体系统资源管理策略针对动态分布式环境下服务节点资源分配和流媒体服务的QoS保障等问题，在传统的内容分发网络的基础上提出采用多媒体覆盖

6、网整合和管理分布式系统中的资源，并采用具有QoS保证的服务组合算法向用户提供具有QoS偏好的流媒体服务。通过对系统中各种资源的分析及服务质量各个属性的定义，提出了元服务QoS模型以及组合服务的QoS计算方法，在给出具有服务质量保证的服务组合问题的数学模型的基础上，提出基于学习自动机理论的服务组合算法。该算法通过对服务覆盖网中资源与服务状况的感知与学习，寻找满足资源约束条件与用户给定服务质量的服务组合策略，在实验设定由5-90个元服务构成的组合服务时，使用该学习算法可以在多项式时间内选择出最优或次

7、优的服务组合策略，并具有良好的可扩展性。(2)建立基于隐马尔可夫模型的用户交互式行为模型建立和分析用户的交互行为模型可以对系统的性能进行有针对性的优化，以提高服务效率。本文在统计和分析用户观看视频过程中的交互行为的基础上，将用户观看行为建模为隐马尔可夫模型，并在所建立模型的基础上对用户浏览状态进行预测，该策略使用Baum-Welch法对隐状态的转移概率参数进行极大似然估计，并利用系统参数的部分先验信息，避免所估计参数的似然函数陷入局部极大值，然后根据系统参数和单个用户的在线操作行为更新用户浏览状

8、态T摘要的后验概率，使用最大后验概率准则对用户行为进行判决。通过贝叶斯推理，跟踪用户浏览状态的变化，充分利用了H姗模型的先验知识和当前用户记录在流媒体服务器上的操作信息，尤其是对于热门视频的观看行为，得益于用户在观看热门视频过程中丰富的VCR操作，对用户的交互操作预测准确率能达到77．5％以上，该策略具有较为明显的建模能力。(3)提出一种基于模型预测的流媒体预取策略本文综合计算了用户在视频访问过程中的初始访问延迟以及视频对象在播放过程中因无法及时获得所需数据而导致的网络抖动延迟，结合媒体对象各数