具有QoS保障的多媒体内容分发算法研究

摘要

近年来，随着互联网技术和多媒体技术的飞速发展，用户使用互联网在线观看各种视频已成为一种普遍现象。如何满足人们日益增长的对视频资源的需求，使广大用户获得更好的视频观看体验成为当下的研究热点，引起了众多研究者的广泛关注。云视频分发网络（Cloud video delivery networks，CVDNs ）将云计算技术应用于视频分发网络（Video delivery networks，VDNs），这种新型的网络架构充分利用VDNs和云计算的优势，以较低的成本为用户提供了高质量的视频内容分发服务。CVDNs提供商将用户频繁访问的视频内容缓存到云数据中心，有效地降低了源服务器的负载，缓解了网络拥塞现象，受到了业界的广泛认可。 然而，现存的CVDNs也存在诸多问题。首先，现存的CVDNs不能保证服务质量（Quality of Service，QoS）。CVDNs分发的对象多是在线视频，用户对视频延迟的要求较高，需要较高的QoS，而CVDNs只是简单地提供视频内容分发服务，并未考虑用户请求多样性及用户对QoS的要求。其次，现存CVDNs分发机制对视频内容分类及用户间协作考虑较少，且使用费用较高，不能吸引用户使用，成为制约CVDNs技术发展的瓶颈。针对上述问题，本文首先提出一种支持链路切割和基于优先级的视频内容分发方法，该方法能够提高CVDNs提供商的QoS和收益；其次本文提出一种基于内容感知和团购策略（Content-aware and Group-buying，CG）算法，该方法能够有效降低用户成本。 本文的主要工作及创新点概况如下： 1. 针对CVDNs无法满足用户多样性需要和QoS的问题，提出支持链路切割和基于优先级的方法。首先，支持链路切割的方法允许视频内容通过不同的链路分发到用户，该方法能够提高CVDNs的网络拓扑接受率。其次，在CVDNs中使用基于优先级的方法将用户分为两类：普通用户和付费用户，付费用户享有较高的优先级，在竞争使用链路时享有优先权。最后，提出完整的目标函数和约束条件并把问题规划成一个混合整数规划（Mixed Integer Programming，MIP）问题。 2. 针对用户获取视频内容成本较高的问题，提出一种基于内容感知和团购策略的CG算法。首先，使用内容感知的方法对云计算中心存储的视频内容进行分类定价，并且允许用户组成团购联盟以一定折扣购买视频内容；其次，通过定义成本公式和用户购买量约束、链路约束等，将视频内容分发问题规划成一个MIP问题并使用GNU Linear Programming Kit （GLPK）工具解决。 实验结果表明，使用本文的方法提高了CVDNs网络拓扑的接受率，提高了QoS，降低了用户使用成本。

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摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 存在的问题

1.3 本文主要研究内容和创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 创新点

1.4 论文组织结构

1.5 本章小结

第二章 云视频分发网络优化算法研究进展

2.1 引言

2.2 内容分发网络

2.3 云视频分发网络

2.4 云视频分发网络优化问题

2.4.1 云视频分发网络成本优化问题

2.4.2 云视频分发网络副本放置问题

2.5 本章小结

第三章 基于优先级的云视频内容分发策略

3.1 引言

3.2 模型规划

3.2.1 云视频分发网络模型

3.2.2 支持链路切割方法

3.2.3 基于优先级的方法

3.3 问题规划

3.3.1 网络拓扑

3.3.2 函数规划

3.3.3 MIP规划

3.4 实验结果与分析

3.4.1 生成网络拓扑

3.4.2 对比实验

3.5 本章小结

第四章 基于内容感知和团购策略的云视频分发算法

4.1 引言

4.2 系统架构

4.2.1 团购策略思想

4.2.2 内容感知策略

4.2.3 云视频分发网络中的团购策略

4.3 问题规划

4.3.1 网络拓扑

4.3.2 团购策略成本

4.3.3 团购策略实例

4.4 实验结果与分析

4.4.1 生成网络拓扑

4.4.2 对比实验

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 下一步工作

参考文献

攻读硕士学位期间的主要成果

致 谢