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基于Mesh对等网的IPTV直播分发建模、监测与性能优化研究

2020-12-07阅读(131)

基于Mesh对等网的IPTV直播分发建模、监测与性能优化研究

论文摘要

随着Internet技术的飞速发展,流媒体分发技术取得了长足的进步。同时,日益增加的用户和视频数据,也给大规模流媒体分发服务带来了新的挑战。作为商业级应用的IPTV,面临向海量用户同时传送多套高清质量视频节目的应用场景,对IPTV分发的实现、保障、计费提出了更加苛刻的要求,现有相关技术难以满足。近几年兴起的基于对等网的IPTV分发技术充分利用终端节点资源,具有良好的扩展性和较低的成本,逐渐成为IPTV分发技术发展的主流方向。在基于对等网的IPTV分发技术中,Mesh架构以其适应对等网中节点高度扰动、充分利用节点带宽资源等特性,成为最吸引人的研究领域。但是,尽管人们就基于Mesh对等网的IPTV分发相关问题做了大量深入的研究,但面对IPTV直播业务高度实时性、同步性、高质量保障的要求,仍然有很多问题亟待解决。本文在对IPTV分发技术的现状和未来发展趋势进行了系统、全面地分析和总结的基础上,深入细致地研究了基于Mesh对等网的IPTV直播分发中的部分关键问题,取得了若干创新和成果。本文的主要贡献包括:1.提出基于Mesh对等网的IPTV直播分发过程中视频片段全生命周期的产量模型。视频片段产量指全系统截至时刻t拥有视频片段m的节点总数,反映系统整体对特定视频片段m的理论最大供应能力,具有非常重要的意义。针对已有相关研究均基于节点缓冲区无限的假设,并受此所限只对视频片段产生和传播过程的产量做了初步讨论,本文分析缓冲区受限情况下系统中视频片段从产生到消逝的完整生命期内的产量变化过程,将视频片段产量函数划分为增长期/平稳期/消退期三阶段并作相应分析,讨论系统关键参数对产量函数的影响,并就静态拓扑、零初始线性增长拓扑、非零初始线性增长拓扑等典型场景下视频片段产量函数具体形式作相应分析,最后通过仿真验证了本文模型及分析的有效性和准确性,同时考察了各种参数和复杂情况下视频片段完整生命期的产量变化过程和特性。2.提出一种适于基于Mesh对等网的IPTV直播分发的业务质量监测算法。针对系统中海量自组织节点的大规模性和动态性、业务质量自身实时变化等所带来的问题,提出基于并行无偏随机游动连续采样的业务监测算法,对业务质量进行实时监测;从理论角度分析了该算法的正确性和可行性;并就算法的性能和影响因素进行讨论;最后通过仿真验证了采用无偏随机游动对IPTV业务质量进行监测的可行性,监测算法的有效性、精确性和实时性,同时具有较低的开销;并展示了不同拓扑、不同系统规模、不同随机游动参数等对监测算法效果的影响。该监测算法克服了采用日志服务器、主动爬行器收集、在特定节点部署被动嗅探设施等已有方法的监测开销大、实时性差的缺点,适于基于Mesh对等网的IPTV直播分发系统业务质量监测。3.提出一种用于优化基于Mesh对等网的IPTV直播分发业务时延的优先级抢占算法。针对Mesh中因邻居间完全平等、无层次、无父子关系而难以利用抢占算法的问题,在Mesh架构中分布式的周期动态定位主分发架构,利用主分发架构路由优先级抢占信令,充分利用节点具有的异构特性,在分析节点邻居关系基础上,使得高能力、高优先级的节点抢占低能力的节点,从而尽可能的处于系统上层,以便降低视频片段分发时延,提升系统性能,同时提升贡献大的高能力节点的业务指标。仿真实验表明,所提算法在保持系统平均媒体质量基本不变和较低控制开销的同时,显著降低了业务时延。4.提出一种集成业务动态支撑架构。针对IPTV直播分发中单纯基于对等网用户资源分发难以保障业务质量、而采用CDN或类似架构分发又成本较高、扩展性差的问题,提出由支撑节点组成的集成业务动态支撑架构,对业务质量进行实时监测;并根据系统负载的动态需要,进行自适应的业务支撑,调整资源分配,在一定程度上改进业务质量;同时在多个频道(即对等网)之间进行资源分配,从而使得运营商可以获取尽可能多的整体收益。最终实验结果验证了集成业务动态支撑架构的有效性和自适应性。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 研究背景
  • 1.1.1 IPTV业务需求
  • 1.1.2 IPTV功能体系架构
  • 1.1.3 IPTV分发技术
  • 1.1.4 对等网技术
  • 1.2 当前研究中所存在的问题
  • 1.3 论文主要研究内容及贡献
  • 1.4 论文组织结构
  • 第二章 IPTV分发相关研究现状
  • 2.1 基于CDN的IPTV分发研究现状
  • 2.2 基于对等网的IPTV分发研究现状
  • 2.2.1 基于Tree架构对等网的IPTV分发
  • 2.2.2 基于Multiple-Tree架构对等网的IPTV分发
  • 2.2.3 基于Mesh架构对等网的IPTV分发
  • 2.2.4 基于分层架构对等网的IPTV分发
  • 2.2.5 基于P4P架构对等网的IPTV分发
  • 2.3 基于对等网的IPTV直播和点播研究现状
  • 2.3.1 基于对等网的IPTV直播
  • 2.3.2 基于对等网的IPTV点播
  • 2.4 基于对等网的IPTV分发研究热点
  • 2.4.1 基于新型对等网的IPTV分发架构
  • 2.4.2 基于对等网的IPTV分发数学建模
  • 2.4.3 基于对等网的IPTV分发系统监测
  • 2.4.4 基于对等网IPTV分发激励与公平
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 基于Mesh对等网的IPTV直播分发过程产量建模
  • 3.1 问题的提出
  • 3.2 相关研究工作
  • 3.3 视频片段产量函数
  • 3.3.1 系统描述
  • 3.3.2 产量函数三阶段
  • 3.4 不同拓扑下产量函数
  • 3.4.1 静态拓扑下产量函数
  • 3.4.2 零初始线性增长拓扑下产量函数
  • 3.4.3 非零初始线性增长拓扑下产量函数
  • 3.5 仿真验证
  • 3.5.1 仿真建立
  • 3.5.2 仿真结果与分析
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 基于Mesh对等网的IPTV直播分发业务质量监测
  • 4.1 问题的提出
  • 4.2 相关研究工作
  • 4.3 基于无偏随机游动的业务质量监测算法
  • 4.3.1 理论依据
  • 4.3.2 算法描述
  • 4.3.3 性能分析
  • 4.4 仿真验证
  • 4.4.1 仿真建立
  • 4.4.2 仿真结果与分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 基于Mesh对等网的IPTV直播分发业务时延优化
  • 5.1 问题的提出
  • 5.2 相关研究工作
  • 5.3 业务时延优化算法
  • 5.3.1 主分发架构构造
  • 5.3.2 节点异构性和优先级
  • 5.3.3 节点优先级抢占算法PPA
  • 5.3.4 邻居关系模型
  • 5.3.5 环路检测与避免
  • 5.3.6 理论优化架构
  • 5.4 仿真验证
  • 5.4.1 仿真建立
  • 5.4.2 静态环境下仿真与结果分析
  • 5.4.3 动态环境下仿真与结果分析
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 基于Mesh对等网的IPTV直播分发业务动态支撑
  • 6.1 问题的提出
  • 6.2 相关研究工作
  • 6.3 集成业务动态支撑架构
  • 6.3.1 系统架构
  • 6.3.2 监测功能
  • 6.3.3 支撑功能
  • 6.3.4 资源分配优化
  • 6.4 仿真验证
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 结论和展望
  • 7.1 本文工作总结
  • 7.2 今后的研究方向
  • 参考文献
  • 作者经历
  • 参与科研项目
  • 学术成果
  • 学位论文数据集

    • 相关论文文献

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