对等网络视频点播云平台的视频传输研究

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当前由于网络的快速普及,大量终端用户使用手机等移动设备观看视频的同时,由于对等网络技术(Peer-to-Peer,P2P)具有高扩展性、低成本等优点而受到研究者们广泛的关注。为了向终端用户更好的提供视频服务,云服务提供商与视频服务提供商结合构建一个高可用的对等网络视频点播云平台。通常,云服务提供商在不同地理区域部署大量的边缘云CDN节点,并通过租用高可用的ISP链路向终端用户提供视频服务。首先,视频服务提供商将所有的视频资源上载到云数据中心,再由云数据中心通过租用的ISP线路将视频片段分发到边缘云CDN节点。但是,由于大量的视频数据在网络链路中传输则会产生大量的视频传输成本。据相关数据显示,视频传输成本占到了云服务提供商运营成本的15%。因此,对于云服务提供商来说,如何降低云数据中心向其它边缘云CDN节点分发视频资源时产生的成本是一个急需解决的问题。另一方面,随着宽带接入,越来越多的用户选择在网上实时地观看视频。当用户想要观看某一个视频时,会从附近的边缘云CDN节点请求所需要的视频资源,并在本地实时解码播放。然而,边缘云CDN节点可能缺失该视频资源,则会从其它云节点请求该视频资源,这样不仅产生了大量的视频传输成本,而且降低了视频服务质量。因此,怎样在保证服务质量的情况下降低云服务提供商的视频传输成本也是当前需要解决的问题。本文针对上述的两个问题,并结合对等网络视频点播云平台的相关技术,并提出相应的数学模型和算法,主要研究内容如下。第一,本文基于带宽峰值的收费模型,提出了一套基于网络最大流最小割的算法Netcut-way。首先视频服务提供商会将流行的视频资源上载到云数据中心,然后再由云数据中心将所拥有的视频资源向不同地理区域的边缘云CDN节点分发,并由边缘云CDN节点向终端用户提供视频服务,这样当大量的视频数据在链路传输过程中会产生大量的视频传输成本。为了降低该视频传输成本,云数据中心首先按照不同链路的历史带宽峰值将视频分割合适大小的视频片段,将分割的视频片段以成本最小的方式向网络的其它边缘云CDN节点推送。当边缘云CDN节点接收到视频片段时,先将其缓存到本地流媒体源服务器,然后复制该视频片段并将其以成本最小的方式向其它边缘云CDN节点推送,与此同时,边缘云CDN节点可以向其他节点以低成本请求所缺失的视频片段。该算法主要分为三部分。在第一阶段,云数据中心获取历史最大带宽峰值,并通过该峰值以低成本将视频分割合适的片段。第二阶段,计算链路可分配的最大带宽,并根据该可分配的最大流量,使得在不超过链路最大历史带宽峰值的情况下尽可能传输视频片段。在第三阶段,当边缘云CDN节点缺少某个视频片段时,需要选择成本最低的路径来请求该视频片段,并且可以以成本最低的方式向其他节点推送缓存的视频片段。最后,由分布在不同地理区域的边缘云CDN节点向终端用户提供视频服务。第二,本文提出Netdmc算法。当终端用户想要观看某个视频时,该视频数据将从附近的边缘云CDN节点请求,但是该边缘云CDN节点可能不存在该视频片段。当边缘云CDN节点没有缓存用户所请求的视频数据时,则该边缘云CDN节点会向其他的边缘云CDN节点和云数据中心请求缺失的视频资源。因此,当边缘云CDN节点缺失终端用户请求的视频数据时,就会产生云服务提供商的视频传输成本。其次由于视频请求产生一定的传输延时,从而降低了视频服务质量。为了使边缘云CDN节点产生的云服务提供商的视频传输成本最小化,并保证Qo S(服务质量),我们提出了一套视频传输算法,称为Netdmc。所提出的算法可分为两部分。第一部分是非紧急视频片段传输成本最小路径算法,该算法降低边缘云CDN节点请求缺失视频片段时的成本。第二部分是保证终端用户视频服务质量的请求紧急视频片段的低延迟算法。
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