抚顺石化公司分布式视频服务系统研究与实现

论文摘要

抚顺石油化工公司是抚顺市的一家大型国有企业,有多家下属企业分布在抚顺的不同地区,石化教育培训中心是该公司的一个附属机关单位,负责抚顺石化公司的培训教育工作。为更好的提供培训教育服务,石化教育培训中心采用了Windows Media Server为平台开展网络视频服务,在使用过程中发现该系统支持的视频格式较少,分布在各处的教学资源不能集中到中心服务器播放,受到网络带宽瓶颈和视频服务器瓶颈的限制,当访问用户较多时,网络拥堵,服务延迟、中断,甚至由于服务器负担过重而拒绝服务。为解决上述问题,一些视频点播（Video-on-Demand, VOD）系统通过提高硬件和服务器配置的方式来提高系统性能；有些VOD则通过调整系统结构,如采用分布式或P2P体系结构把工作负载分配到多台服务器（或对等点Peer）上,以集群协同工作的方式来提高系统性能；有些系统则通过采用流调度技术,如扩展指数广播（Extended Exponential Broadcasting, EEB）、控制多播（Controlled Multicast, CM）等,在不增加硬件系统性能情况下,通过广播或信道共享等机制来突破网络带宽瓶颈的限制,从而提高系统的服务用户数量。然而,无论采用何种方式,都有其各自的优缺点和适用范围。本文在分布式体系结构的基础上采用单播、CM和EEB等多种流调度方案,实现了一个可扩展的分布式VOD系统,对实时流协议（Real-Time Streaming Protocol, RTSP）进行了扩展,使其能传输服务器的负载等信息,并针对该系统采用多种流调度方案的特点,提出一种对基于Linux虚拟服务器（Linux Virtual Server, LVS）系统的传统动态反馈负载平衡算法的改进算法,使任务负载的分配更加合理。在节目存储策略方面,本文提出了以调整节目的流调度方案来代替节目存储调整的观点,并给出了一种节目流调度方案可自动调整的实现方法。最后,本文给出了一种系统仿真测试方法及其实现过程。测试结果表明,该系统能有效缓解传统VOD系统中服务器I/O或网络带宽的瓶颈问题,具有良好的可扩展性；改进算法比传统负载平衡算法能减少10%～30%系统并发信道占用数,提高了系统支持的用户点播数量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 网络视频服务系统的研究现状
• 1.1.1 集中式的VOD系统
• 1.1.2 基于客户端/服务器的分布式VOD系统
• 1.1.3 基于P2P技术的VOD系统
• 1.1.4 采用新的流调度技术的VOD系统
• 1.2 本文的研究内容与方法
• 1.3 论文结构
• 第二章 VOD系统的相关技术
• 2.1 RTSP协议
• 2.1.1 RTSP协议格式
• 2.1.2 RTSP协议在VOD系统中的应用
• 2.2 流调度方案
• 2.2.1 EEB方案
• 2.2.2 CM方案
• 2.3 负载平衡
• 2.3.1 网络平衡原理
• 2.3.2 轮询调度
• 2.3.3 加权轮询调度
• 2.3.4 最小连接调度
• 2.3.5 加权最小连接调度
• 2.3.6 动态反馈负载平衡算法
• 2.4 视频编码与解码
• 2.4.1 DivX编码/解码器
• 2.4.2 Xvid编码/解码器
• 2.4.3 AVI文件格式
• 第三章 分布式结构与负载平衡算法改进
• 3.1 分布式结构的构建
• 3.2 负载平衡算法研究
• 3.2.1 传统动态反馈负载平衡算法
• 3.2.2 新负载平衡算法
• 3.2.3 两种负载平衡算法的性能分析
• 第四章 视频服务系统的设计与实现
• 4.1 系统的总体结构
• 4.1.1 点播流程
• 4.1.2 动态扩展
• 4.1.3 服务器端的设计与实现
• 4.1.4 客户端的设计与实现
• 4.2 负载平衡的设计与实现
• 4.2.1 服务器性能指标的获取
• 4.2.2 负载平衡的程序实现
• 4.3 节目的存储策略及其流调度方案的自动调整
• 4.3.1 存储策略
• 4.3.2 流调度方案的自动调整
• 4.4 客户端播放器的解码性能改进
• 4.4.1 VCM应用基础
• 4.4.2 视频数据解码流程
• 第五章 系统的仿真测试及性能研究
• 5.1 视频点播的仿真实现
• 5.1.1 仿真测试的可行性分析
• 5.1.2 测试计划
• 5.2 测试结果及系统性能分析
• 5.2.1 单服务器节点测试
• 5.2.2 多服务器节点测试
• 5.2.3 负载平衡算法的测试
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢