高效视频分发的关键技术研究

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1、高效视频分发的关键技术研究工学博士（申请清华大学学位论文）培养单位：计算机科学与技术系学科：计算机科学与技术研究生：范琪琳指导教师：尹浩教授二？一七年五月ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＫｅＴｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｏｆｙｇＣｏｓ－ｔＥｆｆｅｃｔｉｖｅＶｉｄｅｏＤｅｌｉｖｅｒｙＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＴｓｉｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙｉｎａｒｔｉａｌｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｐｑｆｏｒｔｈｅｄｅｒｅｅｏｆｇＤｏｃｔｏｒｏｆＰｈｉｌｏｓｏｈｐｙｉ

2、ｎＣｏｍｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｐｇｙｂｙＱｉｉｎｌＦａｎＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＨａｏＹｉｎｐＭａ２０１７ｙ，摘要摘要随着高速互联网的广泛普及和流媒体技术的发展，在线视频服务成为了消耗网络带宽的杀手级应用。据思科白皮书预测，到２０２０年在线视频的流量将增长至％一整个互联网总流量的８２。在视频互联网时代，方面，在线视频服务极度消耗存储和带宽资源一；另方面，用户对视频服务质量的要求越来越高。因此本文重点研究如何以成本可控的方式提高视频分发的服务质量。本文

3、结合数据驱动方法，云计算平台和互联网交换网点结构，研究了内容管理、资源分配和调度以及内容分发网络和网络服务提供商之间合作的问题。本文的贡献如下：１．提出了ＵＧＣ视频分发的自适应内容管理架构设计。本文通过引入主动的一ＵＧＣ内容管理机制和耦合内容部署与请求路由模块，提出了个针对视频分发的框架。基于对ＵＧＣ视频访问特性的测量，本文将测量的分析结果嵌入到名字解析系统中，以数据驱动内容的自适应管理。基于真实数据的模拟实验验证了该架构的高效性。２．提出了ＵＧＣ视频分发的内容部署和请求路由策略。本文通过数据驱动的研ＵＧＣ究方法，发现了与内容部署密切相关的

4、视频访问特性；设计了视频流行度预测框架指导内容的部署和替换，并提出了协作式的内容位置感知的请求路由策略，有效提高了边缘服务器缓存命中率，减少了平均传输距离以及源服务器负载。３．研究了视频分发网络中资源分配和请求路由问题。本文建模了资源分配的最优化问题使其租用成本和服务性能综合最优，理论证明了该问题的ＮＰ难度，并设计了启发式的贪心算法对其求解；为了适应用户请求随时间的动态变化，提出了高效的线上请求路由算法最优化用户体验。４．研究了视频分发网络中请求和响应路由的联合优化问题。为了最小化视频分发的运营成本并同时提升用户体验，本文在多宿主穿越服务提供商的环

5、境下建模了请求和响应路由的联合优化问题。通过引入拉格朗日乘子和对偶转换，该问。题被分解为每个接入网络可以局部优化的子问题，从而进行高效的分布式求解实验表明５０次后与理论最优值误差在０．７％左。，本文提出的分布式算法迭代右：视频分发关键词；内容部署；请求路由；资源分配；最优化ＩＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｕｎｐｒｅｃｅｄｅｎｔｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＩｎｔｅｒｎｅｔａｎｄｓｔｒｅａｍｉｎｇｍｅｄｉａ“”ｔｅｃｈｎｏｌｏＯｎｌｉｎｅｖｉｄｅｏｓｅｒｖｉｃｅｈａｓｕｉｃｋｌｒｉ

6、ｓｅｎｔｏｂｅｃｏｍｅａｍａｉｎｓｔｒｅａｍｋｉｌｌｅｒｇｙ，ｑｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｎｅｔｗｏｒｋｂａｎｄｗｉｄｔｈｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＣｉｓｃｏｗｈｉｔｅｐａｐｅｒ，ＩＰｖｉｄｅｏｔｒａｆｆｉｃｗｉｌｌｂｅ８２ｅｒｃｅｎｔｏｆａｌｌｃｏｎｓｕｍｅｒＩｎｔｅｒｎｅｔｔｒａｆｆｉｃｂ２０２０．ＩｎｖｉｄｅｏＩｎｔｅｒｎｅｔｐｙｅｒａｏｎｏｎｅｈａｎｄｔｈｅｏｎｌｉｎｅｖｉｄｅｏｓｅｒｖｉｃｅｅｘｔｒｅｍｅｌｃｏｎｓｕｍｅｓｔｈｅｓｔｏｒａｅａｎｄｂａｎｄ

7、ｗｉｄｔｈ，，ｙｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｅｕｓｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｏｆｓｅｒｖｉｃｅ（ｏＳ）ｙＱａｒｅｍｏｒｅｄｅｍａｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｆｏｃｕｓｅｓｏｎｈｏｗｔｏｒｏｖｉｄｅｈｉｈｏＳｖｉｄｅｏｐｇＱｄｅｌｉｖｅｔｔｌｌｌｔ－ｒａｃｏｎｒｏａｂｅｃｏｓ．Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｕｔｉｌｉｚｅｓｄａｔａｄ