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大规模P2P视频点播系统服务器负载建模分析与优化

作　者: 张玉宝
导　师: 王晖
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: P2P视频点播系统 服务器负载 建模分析 主动协同网络 网络编码
分类号: TN948.64
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 44次
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内容摘要


P2P视频点播服务已逐渐成为因特网上的访问热点,具有非常广阔的应用前景。然而,与P2P视频直播系统相比,在P2P视频点播系统中,不同节点对不同节目的兴趣度并不相同,即使是处于同一频道的用户节点,他们在相同时刻所处的播放进度一般也不一致,这种异步性使得不同节点在数据内容上不易形成良好的共享与协作,需要更多的从服务器获取数据,从而容易使服务器成为系统的性能瓶颈,不利于支持系统用户规模的快速动态扩展。面对这种挑战,亟待在认识现有系统运行规律的基础上找到新的突破口,从而降低服务器负载。本文提出了一个基于概率的服务器负载计算模型,对服务器负载进行了量化计算,并且分析节点上传带宽及缓存大小等参数对服务器负载的影响,然后提出了一个节点之间相互贡献率模型,对现有P2P视频点播系统节点之间的相互贡献能力进行了分析,深入分析主要参数对节点相互贡献能力的影响,并分别通过MATLAB仿真实验与离散事件仿真实验对上述计算模型与节点之间相互贡献率模型进行了验证。基于以上的分析,为了改善服务器负载性能,本文首先引入主动协同网络对服务器负载性能进行优化,提出了基于主动协同网络的P2P视频点播系统,然后建立分析模型,对优化性能进行分析,推导出主动协同节点以同等概率下载所有数据块的条件下,主动协同节点的最佳下载量,最后通过仿真实验对分析模型进行验证。从分析结果与仿真实验结果可知,主动协同网络在一定的条件下能够达到相当可观的“带宽放大”功能,因此能够有效的缓解服务器的负载。其次应用网络编码技术对P2P视频点播系统中的分布式缓存进行优化组织,从而优化系统服务器负载性能,通过服务器负载计算模型量化计算应用网络编码后的服务器负载性能,并与没有应用网络编码的情景进行了直接的比较,最后通过仿真实验进行验证。从分析结果与仿真实验结果可知,在节点缓存容量有限的条件下,应用网络编码技术极大的增加节点缓存的数据块多样性,能够显著减少服务器负载。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 论文背景及目的  10-11
  1.2 大规模P2P 视频点播系统概述  11-14
    1.2.1 P2P 技术  11-12
    1.2.2 P2P 视频点播系统  12-13
    1.2.3 常见的P2P 视频点播系统结构  13-14
    1.2.4 主动协同节点  14
  1.3 论文面临的问题  14-15
  1.4 论文主要工作  15-16
  1.5 论文组织结构  16-18
第二章 相关技术研究  18-24
  2.1 P2P 流媒体系统建模分析研究现状  18-20
    2.1.1 P2P 视频直播系统建模分析研究现状  19-20
    2.1.2 P2P 视频点播系统建模分析研究现状  20
  2.2 主动协同网络技术研究现状  20-21
  2.3 网络编码技术研究现状  21-22
  2.4 小结与创新  22-24
第三章 现有大规模P2P 视频点播系统服务器负载性能建模分析  24-39
  3.1 节点相互贡献率分析  24-33
    3.1.1 节点相互贡献率的定义  24
    3.1.2 节点相互贡献率分析模型  24-30
    3.1.3 仿真实验验证  30-33
  3.2 基于概率的服务器负载计算模型  33-38
    3.2.1 缓存稳态的定义  33
    3.2.2 模型参数及假设  33-34
    3.2.3 计算模型  34-36
    3.2.4 仿真实验验证  36-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章 基于主动协同网络的P2P 视频点播系统服务器负载性能优化分析  39-54
  4.1 基于主动协同网络的P2P 视频点播系统  39-40
    4.1.1 主动协同节点  39-40
    4.1.2 主动协同网络  40
  4.2 主动协同网络贡献比分析模型  40-48
    4.2.1 模型参数及假设  41-43
    4.2.2 主动协同网络分析模型  43-48
  4.3 仿真实验结果  48-51
    4.3.1 主动协同节点互相不提供上传场景下分析模型的数值求解与验证  48-50
    4.3.2 主动协同节点互相提供上传场景下分析模型的数值求解与验证  50-51
    4.3.3 主动协同节点停留时长影响验证  51
  4.4 本章小结  51-54
第五章 基于网络编码的P2P 视频点播系统服务器负载性能优化分析  54-64
  5.1 网络编码技术优化的目的  54-55
  5.2 网络编码技术在分布式缓存中的应用  55-57
  5.3 基于网络编码的大规模P2P 视频点播系统服务器负载性能分析  57-59
    5.3.1 利用计算模型计算节点v j 在应用网络编码时消耗的服务器带宽S  57-58
    5.3.2 应用网络编码时同构情况下的平均服务器负载计算  58-59
  5.4 仿真实验验证  59-63
    5.4.1 计算模型正确性验证  59-60
    5.4.2 与现有大规模P2P 视频点播系统的仿真实验比较  60-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章 结束语  64-66
  6.1 本文主要工作及创新点  64-65
  6.2 未来工作展望  65-66
致谢  66-68
参考文献  68-72
作者在学期间取得的学术成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 电视 > 电视中心、电视设备 > 电视中心管理系统 > 视频点播系统
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