HDVoD:P2P视频点播系统模型的研究

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近年来随着高带宽网络的普及,流媒体应用包括视频直播、视频点播等业务得到了迅猛的发展,它们已经成为当代互联网服务的重要组成部分,成千上万的用户能够通过IPTV和视频点播业务在家里悠闲地观看400Kbps或更高速率的视频节目。由于视频传输的高带宽特性,传统基于C/S的服务模式容易产生服务器端的性能瓶颈,因而不适合用于视频直播或点播的业务。为提供真正大规模的视频点播服务,本文将在视频点播系统中引入P2P技术,利用其优点结合传统C/S模式的优势,设计了一个支持更高播放速率、可扩展规模的、可靠的,提供实时VCR操作的,而且适合商业运营的P2P视频点播系统模型——HDVoD视频点播系统。   HDVoD系统中的用户贡献自己的资源如硬盘,带宽等,以获得更好的播放质量。与其他P2P应用系统相似,系统中用户越多,资源就越丰富,数据传输和分发将越快,因此理论上HDVoD系统的规模没有上限。HDVoD系统采用了充分的P2P激励策略,鼓励用户积极贡献自己的资源,从而充分发挥了P2P技术的优势;同时系统使用集中目录式的资源定位技术,实现了高效率的用户与资源管理功能。为了更好地保护知识产权和鼓励更多移动用户使用HDVoD系统,用户只需要贡献较少的硬盘资源便可享受很好的视频点播服务,因为HDVoD系统能够充分利用用户贡献的有限资源,提供优质的服务质量。文中还为HDVoD系统设计了“贪心分段预取策略”进行片段预取和“热度替换策略”管理缓冲区,使得系统和用户同时受益。系统还通过伙伴节点提供“I帧文件索引”和用户进行“Ⅰ帧片段下载”的方法,实现了视频点播服务中难以实现的VCR快进和快退功能,为用户提供可靠、实时的交互视频点播服务。   最后,本文构建了离散事件模拟器,仿真实现了HDVoD系统,验证HDVoD系统的各项策略配合使用确实能够提高系统性能。在系统处于平衡状态下,采用“贪心分段预取策略”能够让片源服务器的负载趋近于0;在出现大规模节点流失的情况下,缓冲区使用“热度替换策略”能够让片源服务器的带宽负载显著降低,约为FIFO策略的50%。带宽资源对系统有一定的影响,但是相比传统的C/S模式,无论处于哪一种情况,HDVoD系统都能够提高系统的接受率,其中在剩余模式和平衡模式下系统的接受率可以达到100%。不仅如此,HDVoD系统还能够有效地降低片源服务器的带宽,即使在赤字模式下(D/S≈1.25),HDVoD系统仍然可以节省大约90%的带宽资源。本文为提供大规模、高质量的视频点播服务奠定了基础,并提供了有价值的实验数据和参考方案。
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