面向成本优化的耦合式视频分发方法研究

发布时间：2020-11-15 14:17

　　 近年来,带宽无线接入技术和智能终端技术迅速发展,互联网服务内容日益多元化,视频已经成为一种很常见的信息传递方式。面对互联网中海量丰富的视频内容,大量的并发服务请求可能同时出现,从而造成网络拥塞和瓶颈效应。为了缓解因特网高带宽需求与网络服务响应时间增长的矛盾,研究学者提出视频分发网络(Video Delivery Networks,VDNs)技术来有效降低网络延迟,减少带宽消耗。VDNs在网络各处部署边缘服务器,并根据网络负载情况、响应时间以及网络流量等综合因素将用户的访问请求重新定向到离用户最近的边缘服务器上,从而提高网络边缘用户的访问体验。然而,VDNs却有一些局限性:首先,由于边缘服务器存储容量以及骨干网络带宽的限制,源服务器实时地向边缘服务器分发视频,会导致服务器负载过高以及响应时间极大延长。其次,现有的内容分发算法主要针对延迟、带宽、内容流行度等单一性能指标优化,导致分发成本增大。最后,现有的推拉混合分发体系没有考虑用户的移动性,基于静态的缓存策略无法满足移动用户对实时视频的个性化需求。针对现有的视频分发方法存在的不足,本文提出了面向成本优化的耦合式视频分发方法,既联合考虑带宽、延迟、个性化需求等因素,又满足动态网络中移动用户对视频的个性化需求,从而最小化视频分发成本。本文的主要工作及创新点如下:1、针对传统视频分发方法中带宽消耗与响应时间的冲突问题,提出一种耦合式视频分发模型。耦合式视频分发结合积极分发和消极分发方法,联合考虑带宽、延迟、个性化需求等因素并通过组播分发树分发视频。在成本优化方面,提出约束条件下的耦合式分发成本最小化问题。由于该问题是NP-hard,本文设计启发式组播分发树(Heuristic Multicast Delivery Tree,HMDT)算法取得最小化视频分发成本的近似解。2、针对现有的推拉分发体系没有考虑用户的动态需求问题,本文将连续地视频分发过程表示为静态快照序列,并依照序列构建用户动态需求模型。在时间演进的过程中,用户兴趣会发生改变。本文分析了用户对视频兴趣随着时间推移的衰减规律,并提出兴趣衰减函数来跟踪用户兴趣变化,从而最小化视频分发成本。3、一种面向成本优化的耦合式视频分发仿真系统。该系统主要包括仿真网络拓扑图的生成,启发式组播分发树的实现以及仿真分发路径的可视化表示。本文采用了DOT语言描述网络拓扑结构,并绘制组播分发树拓扑图的仿真结果。仿真结果表明,本文提出的面向成本优化的耦合式视频分发模型能够有效降低视频分发成本,并且分发成本与用户兴趣衰减成反比。
【学位单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN919.8
【部分图文】：

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图 2-2 Ubuntu 主界面raphviz 介绍phviz 是一款开源的图形绘制工具软件，将文本语言表示为抽象图在计算机网络、软件工程、生物信息、机器学习等领域的可视化界要的应用。Graphviz 程序以简单的文本语言描述图形信息和结构式绘制图表，比如网页中的图像。Graphviz 为图表提供了许多基本点布局、字体大小、颜色选择、线条样式和超链接等。phviz 工具包含很多命令，其中，dot 命令是将已经生成出的图形出的命令工具。DOT 是一种简单的图形描述语言，并且能够被计译。DOT 图通常是以扩展名为 gv 或 dot 的文件。DOT 可用于描述示对象之间的简单关系；也可以用于描述有向图，显示节点与边之仿真系统实现的过程中，程序的执行结果不仅在控制台输出，还使述网络图形之间的结构并生成.dot 文件。在 Graphviz 中运行.dot

图 3-1 耦合式视频分发模型：0 代表源服务器，1 代表中继服务器，2 代表请求的代理服务器，3,4 代表代理服务器。图中的红色有向实线段代表耦合式积极分发过程；有向虚线段表示代理服务器没有用户请求的视频时，代理服务器向源服务器发出请求的过程；黑色有向实线代表分发链路。3.2.2 构建组播分发树随着网络视频种类和数量的迅速增加，用户对网络带宽和访问延迟提出了更高的要求。耦合式视频分发过程中，本文综合考虑个性化需求、链路带宽和延迟对视频分发成本的影响。在耦合式视频分发模型中，通过构建组播分发树，源服务器将视频分发到代理服务器。组播分发树构建的过程中，可以添加部分中继服务器使视频分发成本最小化。组播分发树模型（如图 3-2 所示），节点 0 表示源服务器，蓝色节点 1,3,6,7,8 表示代理服务器，节点 2,4,5 表示中继代理服务器。两点之间的有向线段表示服务器之间的通信链路，有向线段上的数字表示综合考虑带宽和延迟的情况下链路成本。本文要找到一条从源服务器到各代理服务器之间的优化视频分发路径，使得视频分发成本最小。
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本文编号：2884849