一种用于农村流媒体远程教育系统的缓存设计方法

摘要

一种用于农村流媒体远程教育系统的缓存设计方法，属于电子信息技术领域。利用用于农村信息化系统的装置，采用中心聚合模式的周期补丁缓存方法，使用户观看流媒体远程教育视频流畅。所述的中心聚合模式是指：在并入组播流以及流合并时，向开始组播流与结束组播流的时间中心靠近，从而达到带宽占用少的目的；所述的周期补丁缓存方法，包括首次流合并方法、选择流合并方法、流合并方法和周期动态调整方法。本发明在尽量减小用户等待时间的基础上，实现有限资源的动态管理，显著地提高了针对于农村用户的视频点播系统性能。系统针对农民用户，价格低廉，性能稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于农村流媒体远程教育系统的缓存设计方法，属于电子信息技术领域。

背景技术

随着宽带网与流媒体技术的发展，视频点播的需求将越来越广泛，对于广大农民用户，基于流媒体的农业远程教育系统将会为农民用户提供丰富的学习指导。但村镇一般采用ADSL网络，带宽受限。本系统基于瘦客户端+网络+服务器的模式，以所在村镇流媒体缓存服务器为中继，向省流媒体服务中心点播视频。本发明针对农民用户特点的中心聚合模式的周期补丁缓存策略，实现了在带宽与嵌入式资源受限的情况下，用户终端视频点播的流畅播放，提高了访问并发性，有效的改善了用户的体验效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对嵌入式终端内存与主频资源受限、网络带宽受限等特点，提供一种用于农村流媒体远程教育系统的缓存设计方法。

采用周期补丁算法，可以有效的节省系统资源，提高用户并发访问率，但是，嵌入式终端资源受限，农民用户接入ADSL带宽受限，选用单一的周期的方式很难满足农民用户访问，需要针对农民用户对节目的访问特点来动态调整周期的大小。

本发明针对农民用户点播视频在时间与地域上的特殊性，在周期补丁算法的基础上，实现周期的动态调整。

本系统利用用于农村信息化系统的装置，采用中心聚合模式的周期补丁缓存方法，使用户可以流畅观看流媒体远程教育视频。所述的中心聚合模式是指：在并入组播流以及流合并时，向开始组播流与结束组播流的时间中心靠近，从而达到带宽占用少的目的；所述的周期补丁缓存方法，包括首次流合并方法、选择流合并方法、流合并方法和周期动态调整方法。中心聚合模式的周期补丁缓存方法利用C语言编程实现。

首次流合并方法为：

设第一个用户请求播放时间为t₁，对应当前组播流为K₁，当前组播流的搜索周期为T₁，则当前组播流搜索中心点t_n1＝t₁，第二个用户请求播放时间为t₂：

1)若t₂满足t_n1-T₁/2＜t₂＜t_n1+T₁/2，

则将该组播流并入到当前组播流K₁中，首次流合并搜索中心点为t_n1＝(t₁+t₂)/2；

2)若t₂满足t_n1-T₁＜t₂＜t_n1-T₁/2，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，加快播放速度5％，当该组播流与当前组播流K₁播放速度同步时，将该组播流合并到当前组播流K₁中，首次流合并搜索中心点为t_n1＝(t₁+t₂)/2；

3)若t₂满足t_n1+T₁/2＜t₂＜t_n1+T₁，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，减慢播放速度5％，当该组播流与当前组播流K₁播放速度同步时，将该组播流合并到当前组播流K₁中，首次流合并搜索中心点为t_n1＝(t₁+t₂)/2；

在确定首次流合并搜索中心点的同时，利用调整合并周期的大小，其中λ为调整系数，数值在0.5-1.0；

若t₂均不满足上述1)、2)和3)的条件，则新建组播流K₂。

选择合并流方法为：

设第i个用户请求播放时间为t_i，若其进入时同时处在多个组播流的搜索周期之内，则选择与该用户请求时刻最近的中心搜索点的组播流并入。与该请求最邻近的搜索中心点为t_nj，则选择的要并入的组播流为

t_nj＝min{t_n1-t_i，t_n2-t_i，t_n3-t_i，……}。

流合并方法为：

设第i个用户请求播放时间为t_i，与该组播流最邻近的组播流的搜索中心点为t_nj，对应中心点t_nj的组播流为K_j，搜索周期为T_j，已经合并的组播流数为K_mj：

1)若t_i满足t_nj-T_j/2＜t₂＜t_nj+T_j/2，

则将该组播流并入到组播流K_j中，流合并搜索中心点为

2)若t_i满足t_nj-T_j＜T_i＜t_nj-T_j/2，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，加快播放速度5％，当该组播流与组播流K_j播放速度同步时，将该组播流合并到组播流K_j中，流合并搜索中心点为$>t_{\mathrm{nj}}=\frac{t_{\mathrm{nj}}\times K_{\mathrm{mj}}+t_i}{K_{\mathrm{mj}}+1};$>

3)若t_i满足t_nj+T_j/2＜t_i＜t_nj+T_j，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，减慢播放速度5％，当该组播流与组播流K_j播放速度同步时，将该组播流合并到组播流K_j中，首次流合并搜索中心点为

当K_j组播流内的合并用户数达到K_mn时，调整K_j组播流的搜索周期其中λ为调整系数，数值在0.5-1.0。

周期动态调整方法为：

当两个组播流的搜索中心点之差小于某一时间间隔t_p时，即t_nj-t_ni＜t_p时，将这个组播流合并到搜索中心点小的组播流中，合并后的周期为

T_i＝T_j/2+T_i/2+t_p，

合并后中心点为

t_i＝(t_nj/2+t_ni/2+t_p)/2，

其中t_p根据使用时的网络环境动态确定。

通过上述的周期补丁缓存方法，实现了在用户可承受的启动延时时间范围内，最大程度的减少组播流的数量，实现视频的流畅播放。

附图说明

图1是本系统的硬件结构图。本系统基于瘦客户端+网络+服务器的模式为农民用户提供信息。终端采用嵌入式系统构架，通过ADSL网络连接至村镇的流媒体缓存服务器，再通过骨干宽带网络连接至流媒体服务中心，流媒体服务中心以组播形式向用户提供媒体服务，实现针对农民用户的远程教育系统。

图2是本发明的软件流程图。

1为公式t_n1-T₁/2＜t₂＜t_n1+T₁/2；

2为公式t_n1-T₁＜t₂＜t_n1-T₁/2；

3为公式t_n1+T₁/2＜t₂＜t_n1+T₁；

4为公式t_n1＝(t₁+t₂)/2；

5为公式

6为公式t_nj＝min{t_n1-t_i，t_n2-t_i，t_n3-t_i，……}；

7为公式t_nj-T_j/2＜t₂＜t_nj+T_j/2；

8为公式t_nj-T_j＜t_i＜t_nj-T_j/2；

9为公式t_nj+T_j/2＜t_i＜t_nj+T_j；

10为公式$>t_{\mathrm{nj}}=\frac{t_{\mathrm{nj}}\times K_{\mathrm{mj}}+t_i}{K_{\mathrm{mj}}+1};$>

11为公式

12为公式t_nj-t_ni＜t_p；

13为公式T_i＝T_j/2+T_i/2+t_p；t_i＝(t_nj/2+t_ni/2+t_p)/2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

一种用于农村流媒体远程教育系统的缓存设计方法，本发明的硬件结构框图如图1所示，软件流程图如图2所示。利用用于农村信息化系统的装置，采用中心聚合模式的周期补丁缓存方法，使用户可以流畅观看流媒体远程教育视频。所述的中心聚合模式是指：在并入组播流以及流合并时，向开始组播流与结束组播流的时间中心靠近，从而达到带宽占用少的目的；所述的周期补丁缓存方法，包括首次流合并方法、选择流合并方法、流合并方法和周期动态调整方法。中心聚合模式的周期补丁缓存方法利用C语言编程实现。

首次流合并方法为：

设第一个用户请求播放时间为t₁，对应当前组播流为K₁，当前组播流的搜索周期为T₁，则当前组播流搜索中心点t_n1＝t₁，第二个用户请求播放时间为t₂：

1)若t₂满足t_n1-T₁/2＜t₂＜t_n1+T₁/2，

则将该组播流并入到当前组播流K₁中，首次流合并搜索中心点为t_n1＝(t₁+t₂)/2；

2)若t₂满足t_n1-T₁＜t₂＜t_n1-T₁/2，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，加快播放速度5％，当该组播流与当前组播流K₁播放速度同步时，将该组播流合并到当前组播流K₁中，首次流合并搜索中心点为t_n1＝(t₁+t₂)/2；

3)若t₂满足t_n1+T₁/2＜t₂＜t_n1+T₁，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，减慢播放速度5％，当该组播流与当前组播流K₁播放速度同步时，将该组播流合并到当前组播流K₁中，首次流合并搜索中心点为t_n1＝(t₁+t₂)/2；

在确定首次流合并搜索中心点的同时，利用调整合并周期的大小，其中λ为调整系数，数值在0.5-1.0；

若t₂均不满足上述1)、2)和3)的条件，则新建组播流K₂。

选择合并流方法为：

设第i个用户请求播放时间为t_i，若其进入时同时处在多个组播流的搜索周期之内，则选择与该用户请求时刻最近的中心搜索点的组播流并入。与该请求最邻近的搜索中心点为t_nj，则选择的要并入的组播流为

t_nj＝min{t_n1-t_i，t_n2-t_i，t_n3-t_i，……}。

流合并方法为：

设第i个用户请求播放时间为t_i，与该组播流最邻近的组播流的搜索中心点为t_nj，对应中心点t_nj的组播流为K_j，搜索周期为T_j，已经合并的组播流数为K_mj：

1)若t_i满足t_nj-T_j/2＜t₂＜t_nj+T_j/2，

则将该组播流并入到组播流K_j中，流合并搜索中心点为

2)若t_i满足t_nj-T_j＜t_i＜t_nj-T_j/2，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，加快播放速度5％，当该组播流与组播流K_j播放速度同步时，将该组播流合并到组播流K_j中，流合并搜索中心点为$>t_{\mathrm{nj}}=\frac{t_{\mathrm{nj}}\times K_{\mathrm{mj}}+t_i}{K_{\mathrm{mj}}+1};$>

3)若t_i满足t_nj+T_j/2＜t_i＜t_nj+T_j，

则将该组播流在正常播放速度的基础上，减慢播放速度5％，当该组播流与组播流K_j播放速度同步时，将该组播流合并到组播流K_j中，首次流合并搜索中心点为

当K_j组播流内的合并用户数达到K_mn时，调整K_j组播流的搜索周期其中λ为调整系数，数值在0.5-1.0。

周期动态调整方法为：

当两个组播流的搜索中心点之差小于某一时间间隔t_p时，即t_nj-t_ni＜t_p时，将这个组播流合并到搜索中心点小的组播流中，合并后的周期为

T_i＝T_j/2+T_i/2+t_p，

合并后中心点为

t_i＝(t_nj/2+t_ni/2+t_p)/2，

其中t_p根据使用时的网络环境动态确定。

通过上述的周期补丁缓存方法，实现了在用户可承受的启动延时时间范围内，最大程度的减少组播流的数量，实现视频的流畅播放。