路由器加速流媒体分发的策略研究与实现

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随着因特网的飞速发展,视频点播,远程教育,视频会议,可视电话等以流媒体技术为核心的应用逐渐发展为因特网应用的主流,流媒体分发技术变得越来越重要。流媒体具有数据量大、低时延、低抖动等特性,它对网络带宽以及服务器性能提出了更高的要求,而现有的互联网并不能很好地满足流媒体应用的要求。将媒体内容事先推送到网络的边缘或者共享客户端的资源是目前解决流媒体应用高要求与现有网络性能不匹配的有效途径,CDN(Content Delivery Network)和P2P(Peer-to-Peer)是两种比较成熟的技术。CDN分布式缓存方法通过在网络边缘部署大量CDN服务器来提高系统的服务能力,加速流媒体的分发,然而部署大量服务器花费的代价是非常大的,因此可扩展性受到一定的限制;P2P技术充分利用客户端的资源协同合作来减轻流媒体服务器的负载,但它的不可控性给ISP带来巨大的负担。CCN (Content Centric Networking)是一种新的网络架构,该网络架构把重心放在内容上,而不是传送方式上,从而与具有高带宽、低延迟的应用(例如,流媒体点播系统)相匹配。内容中心网络中内容可以在整个网络中缓存,只要有需要,随时随地都能被高效地分发传递。路由器作为网络中的关键设备,自然而然地承担起流媒体缓存与分发的任务。本文通过分析边缘路由器和核心路由器的特点,认为边缘路由器具有剩余的计算和存储能力,能够承担起缓存和分发流媒体的任务,进而提出一种基于边缘路由器上缓存的流媒体加速策略。通过将边缘路由器组织成本地缓存组,然后对热门视频数据进行主动缓存,在用户请求时可以高效地直接提供服务。为了路由器更好地参与流媒体的缓存与分发,本文设计了路由器上的包处理算法,研究了路由器邻居节点的选择算法、路由器上的缓存算法以及数据调度优化方法来提高路由器缓存利用率,从而进一步提高流媒体分发的效率。之后设计实现了一个真实的基于路由器加速的流媒体点播系统,原型系统的实验结果表明,在边缘路由器上缓存的策略可以显著加速流媒体的分发,有效地降低流媒体应用对网络带宽、服务器性能的要求。基于边缘路由器的流媒体加速策略适用于大规模流媒体内容的分发,对于构建下一代网络有着积极的意义。
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