视频网格资源组织与调度方法的研究

论文摘要

网格支持资源的高度共享及服务间的广泛协作,为大规模综合网络视频服务提供了一种有效的解决手段。近年来,对网格中视频服务的研究已成为网格技术的一个研究热点。视频网格是一种服务网格,它可以有效地组织和管理视频资源,能够灵活、动态地生成和组合各种视频服务,并按照视频服务的QoS需求来调度网格资源,从而作为一个统一平台来提供视频服务。为了能够有效地管理和使用视频资源,视频资源的组织机制和调度策略成为视频网格中的关键问题。由于视频服务形式多样、资源需求量大,以及具有严格和复杂的QoS需求,使得视频资源组织和调度非常复杂。论文针对视频网格中的资源组织和调度技术中的一些关键问题开展研究,在视频资源组织模型方面,侧重于支持多属性查询和范围查询方式的资源组织方法;在组织模型的基础上,研究了视频内容处理服务和视频流服务中的资源调度策略。此外,基于本文视频资源组织和调度方法,开发视频序列中的人脸识别应用原型,以展示本文研究工作的实用意义。论文的主要贡献如下:（1）针对网格视频服务中视频资源的多属性查询和范围查询方式的需求,提出了一种基于DHT（Distributed Hash Table）和扩展簇的层次资源组织机制。我们采用两层资源组织结构,在上层利用DHT对单个关键字定位具有Log2N时间复杂度的优点,以及视频资源的分类信息较为稳定的特点,采用改进的DHT方法将多个视频资源类有效地组织起来;在下层根据视频资源的详细描述信息采用扩展簇的方式,在资源类中灵活地组织视频资源。基于此结构,可以高效、快速地实现视频资源的多属性查询和范围查询。（2）针对大规模网格视频内容处理服务的实时性需求,提出了一种基于节点聚类的启发式资源调度策略。我们采用节点聚类的方法,将网格中符合应用调度需求的节点进行聚类,以降低节点搜索空间和调度范围;在节点类中按照带宽优先的方式进行调度,并通过均衡调整实现任务分配的均匀化,使视频内容处理服务能够尽早完成。（3）针对网格中视频流服务有较高的稳定性要求,提出了一种基于概率预测的视频流两级切换策略。我们首先根据节点间能力、稳定性和代价的差异,以及故障相关性,按照切换目标集合的整体切换失效概率找出可切换节点集;然后采用试探切换策略来降低非稳定、低代价的视频服务节点之间切换失败时的开销;并通过两级切换,利用稳定性下降切换传输部分视频流信息,来提高故障切换的速度,降低开销,从而以较低代价保障视频流的稳定性。（4）针对弹性图匹配人脸识别算法大数据量、高时间复杂度的特点,提出了一种基于脸部内容的局部有限变形分布式弹性图匹配算法。在分布式人脸识别算法中,采用基于几何属性的多级别区域分割方法进行人脸分割,并在人脸子区域中采用局部有限变形弹性图匹配算法对人脸细节进行快速识别。此外,由于各区域的变形能够独立进行,可以将各区域的变形匹配过程并行调度到网格节点上,以有效地缩短识别时间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1. 视频网格概述
• 1.1.2. 视频网格的应用领域
• 1.1.3. 视频网格研究面临的挑战
• 1.2 本文研究内容
• 1.3 研究现状
• 1.3.1. 视频网格资源组织机制
• 1.3.2. 视频网格调度策略
• 1.4 本文主要结果
• 第2章 分布式视频资源组织机制
• 2.1 问题背景
• 2.2 视频资源描述
• 2.3 基于分布式Hash表的层次资源组织方式
• 2.3.1. Chord环介绍
• 2.3.2. 基于DHT和扩展簇的视频资源层次组织结构
• 2.3.3. 视频资源多属性查询和范围查询过程
• 2.4 实验与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于节点聚类的视频内容处理服务调度策略
• 3.1 问题背景
• 3.2 问题描述
• 3.3 基于网格节点聚类的带宽优先-均衡调整调度策略
• 3.3.1. 改进的K-Mean网格节点聚类算法
• 3.3.2. 带宽优先的均衡调整启发式调度策略
• 3.4 实验与分析
• 3.4.1. 仿真环境
• 3.4.2. 性能分析
• 3.4.3. 算法比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于概率预测的视频流服务调度策略
• 4.1 问题背景
• 4.2 问题描述
• 4.3 基于概率预测的视频流两级试探切换策略
• 4.3.1. 基于概率预测的切换节点集合选择方法
• 4.3.2. 基于改进禁忌搜索的切换节点集合选择算法
• 4.3.3. 网格中视频流的两级试探切换策略
• 4.4 实验与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 视频网格中的典型应用
• 5.1 应用背景
• 5.2 北邮面向多媒体和通信领域的网格服务平台
• 5.3 视频服务中间件及其上的视频序列中的人脸识别应用
• 5.3.1. FRG系统体系结构
• 5.3.2. FRG系统中视频资源组织模块的设计
• 5.3.3. FRG系统中视频服务调度模块的设计
• 5.3.4. 视频序列中的人脸并行识别模块设计
• 5.4 FRG系统运行结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1. 本文工作总结
• 6.2. 存在的问题和下一步工作
• 参考文献
• 附录: 博士期间完成的文章
• 参加的科研工作
• 致谢