多信源園區(qū)網(wǎng)流媒體流量均衡系統(tǒng)的研究ok

1、多信源園區(qū)網(wǎng)流媒體流量均衡系統(tǒng)的研究蔣亞軍 楊震倫 詹增榮(廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院， 廣州511483)摘要 ：針對(duì)中小型園區(qū)網(wǎng)有多個(gè)視頻點(diǎn)播信源的實(shí)際情況，提出了集中分布式流媒體流 量均衡的方案。探討了基于網(wǎng)絡(luò)探測(cè)的多信源流量均衡策略， 研究了網(wǎng)絡(luò)探測(cè)、 節(jié)目重定向 等關(guān)鍵技術(shù)，介紹了節(jié)目流行度的計(jì)算與應(yīng)用的方法。實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng)可提高網(wǎng)絡(luò)的可用性。關(guān)鍵詞 ：流媒體;分布式系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)探測(cè)；擁塞控制中圖分類號(hào): TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: AMulti-source Streaming Media Network Load Balancing SystemJiang Yajun Yang z

2、henlun Zhan Zengrong(School of Information Engineering, Panyu Polytechnic College, Guangzhou 511483, China)Abstract: Taking into account the campus network with multiple video-on-demand source. this paperput forward a hierarchical method for network load balancing,a balanced strategy of network traf

3、fic isintroduced,also many key issues are studied deeply, for example,network probe, changing servers andcalculation of popularity etc. Experimental results show the system can improve the network availability.Key words : streaming media; distributed system; network detection; congestion control0 引言

4、隨著園區(qū)網(wǎng)中流媒體技術(shù)的推廣應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)擁塞(Congestion)十分嚴(yán)重，避免網(wǎng)絡(luò)擁 塞最直接的方法是不斷增加網(wǎng)絡(luò)資源， 但因費(fèi)用巨大， 不具現(xiàn)實(shí)意義。 目前解決流媒體流量 擁塞的方法一是研發(fā)高效媒體流的播發(fā)技術(shù)13，減輕和流媒體服務(wù)器的負(fù)載；二是優(yōu)化 流媒體服務(wù)器的節(jié)目部署7，提高其存儲(chǔ)容量與總的并發(fā)數(shù)； 三是研發(fā)流媒體信源的分布式 存儲(chǔ)技術(shù)(CDN,在客戶群近端加裝代理服務(wù)器5612，改善In ternet的訪問(wèn)速度和服務(wù)質(zhì)量；四是實(shí)現(xiàn)客戶端之間的資源共享24，提升網(wǎng)絡(luò)的可用性。分布式存儲(chǔ)技術(shù)是當(dāng)前解決流媒體流量擁塞問(wèn)題的研究熱點(diǎn)，方法是將流媒體節(jié)目分布復(fù)制(Replicating)到客

5、戶近端的代理服務(wù)器上，通過(guò)就近點(diǎn)播達(dá)到均衡流量的目的。分布 復(fù)制技術(shù)有兩種，一是采用基于閾值的復(fù)制10，二是基于預(yù)測(cè)8的復(fù)制。前者的問(wèn)題是復(fù)制 常在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)段中進(jìn)行， 節(jié)目響應(yīng)滯后會(huì)影響播放的效果； 忙時(shí)占用網(wǎng)絡(luò)帶寬， 可能會(huì)導(dǎo) 致網(wǎng)絡(luò)崩潰 (Congestion collapse)。后者通過(guò)對(duì)區(qū)域節(jié)目流行度的統(tǒng)計(jì)， 預(yù)測(cè)可能的應(yīng)用， 而將熱門節(jié)目在閑時(shí)預(yù)先存放。 由于預(yù)測(cè)控制為開(kāi)環(huán)控制， 要求流量特征可準(zhǔn)確規(guī)定， 性能 要求可事先獲得才能取得滿意的效果， 這對(duì)于現(xiàn)在的園區(qū)網(wǎng)而言是很難做到的， 因此這些系 統(tǒng)的均衡效果有限。目前能大規(guī)模商用的園區(qū)網(wǎng)流媒體均衡系統(tǒng)很少，究其原因主要存在幾個(gè)方面

6、問(wèn)題：(1) 研究?jī)H限于理想的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 畢竟單一流媒體信源且封閉的園區(qū)網(wǎng)數(shù)量很少， 大多 數(shù)的源區(qū)網(wǎng)都接入了Internet，而接入了Internet的園區(qū)網(wǎng)的流媒體用戶不可能只點(diǎn)播內(nèi) 網(wǎng)的節(jié)目，流媒體流量的均衡存在多個(gè)信源流量均衡的問(wèn)題。(2)流媒體流量在網(wǎng)絡(luò)中占用的網(wǎng)絡(luò)資源比較大，是網(wǎng)絡(luò)擁塞的主要原因， 卻不是唯一原因。事實(shí)上除了媒體流可能造成網(wǎng)絡(luò)擁塞外，網(wǎng)絡(luò)攻擊可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，網(wǎng)絡(luò)資源(如源端設(shè)備)的負(fù)載能力的不足也可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，因此，一個(gè)好的均衡系統(tǒng)應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)資源收稿日期：2010-6-18.基金項(xiàng)目：廣州市科技攻關(guān)項(xiàng)目(2008-Z-54-1 ).第一作者簡(jiǎn)介：蔣亞軍(1962

7、 )，男，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)， 模式識(shí)別.E-mail:狀態(tài)信息的收集能力。(3)由于園區(qū)網(wǎng)的流量特征是很難準(zhǔn)確規(guī)定的，性能要求也難以事先獲得，這就決定了開(kāi)環(huán)控制難以保證均衡的效果， 系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的流量控制。 系統(tǒng)需要配置網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)環(huán)節(jié)，用于測(cè)量網(wǎng)絡(luò)流量、統(tǒng)計(jì)內(nèi)外網(wǎng)的區(qū)域節(jié)目流行度和計(jì)算QoS提供即時(shí)的反饋信息。(4)流行度作為流量均衡的重要指標(biāo)需要重新定義。首先流行度是一個(gè)相對(duì)值，大小與時(shí)間周期有關(guān)，是時(shí)間的函數(shù)；其次，流行度與計(jì)算的節(jié)點(diǎn)位置有關(guān)，是區(qū)域或節(jié)點(diǎn)的函數(shù)，離開(kāi)具體的物理位置去比較流行度都沒(méi)有意義；第三，流行度對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的影響與所處位置的I/O或

8、信道的寬窄有關(guān)，節(jié)目的流行度高，并不一定會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，只有當(dāng)節(jié)目占用網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)到一定的程度時(shí)，節(jié)目的流行度對(duì)于均衡網(wǎng)絡(luò)流量才有參考意義。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)探測(cè)的多信源園區(qū)網(wǎng)的流媒體流量的均衡方 法，目的是實(shí)現(xiàn)其商業(yè)應(yīng)用。思路是構(gòu)建一園區(qū)網(wǎng)的主資源存儲(chǔ)與中央流量控制中心，負(fù)責(zé)媒體資源的編輯、存儲(chǔ)和點(diǎn)播服務(wù)，收集各端源設(shè)備的運(yùn)行信息，管理資源的分布配置；在邊緣節(jié)點(diǎn)上安裝多個(gè)區(qū)域代理，緩存區(qū)域熱門節(jié)目，進(jìn)行區(qū)域客戶端資源的二級(jí)管理，包括客戶端登錄、資源信息收集與共享；在客戶端上安裝共享點(diǎn)播軟件，利用客戶端的上行信道 實(shí)現(xiàn)區(qū)域客戶端之間的資源共享。另外，在網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)上加裝了網(wǎng)絡(luò)探

9、測(cè)器，檢測(cè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)流量，統(tǒng)計(jì)內(nèi)、外網(wǎng)信源的區(qū)域或節(jié)點(diǎn)的流行度。研究多層次流媒體信源的分布式存儲(chǔ)、 均衡與管理策略，構(gòu)建一個(gè)多信源的園區(qū)網(wǎng)流媒體流量均衡系統(tǒng)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可較好地挖掘網(wǎng)絡(luò)潛能，有效地提升網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能。本文將介紹均衡系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、各部分層次的定位與所采用的均衡策略，以及系統(tǒng)涉及的部分關(guān)鍵技術(shù)。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)多信源的流媒體流量均衡系統(tǒng)要考慮幾個(gè)方面的問(wèn)題：一是內(nèi)外網(wǎng)信源的點(diǎn)播節(jié)目的流行度的統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。流行度有服務(wù)器點(diǎn)播的流行度、區(qū)域或節(jié)點(diǎn)節(jié)目流行度與客戶端點(diǎn)播節(jié)目的流行度等。內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器的點(diǎn)播流行度是比較容易統(tǒng)計(jì)的，而對(duì)于內(nèi)、外網(wǎng)的區(qū)域的節(jié)目流行度統(tǒng)計(jì)，要增加網(wǎng)絡(luò)探針來(lái)完成

10、。服務(wù)器點(diǎn)播的流行度已有定義，而對(duì)于區(qū)域節(jié)目的流行度要重新定義。二是要建立網(wǎng)絡(luò)端源設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)資源情況的傳送機(jī)制。園區(qū)網(wǎng)的全局流量的均衡實(shí)現(xiàn)不能只依據(jù)節(jié)目點(diǎn)播的流行度，要綜合考慮到網(wǎng)絡(luò)各部分可用的資源及裕 度，甚至要考慮網(wǎng)絡(luò)各部分區(qū)域QoS的影響。三是要建立良好的節(jié)目復(fù)制策略，避免復(fù)制引起網(wǎng)絡(luò)環(huán)境惡化。1.1 多信源流量均衡系統(tǒng)架構(gòu)均衡架構(gòu)如下圖一所示，系統(tǒng)采用集中多層 次分布式架構(gòu)，由中心流媒體服務(wù)器、具網(wǎng)絡(luò)探 測(cè)功能的流媒體代理服務(wù)器、客戶端與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 組成，構(gòu)成有流量均衡能力的多信源VOD系統(tǒng)。中心流媒體服務(wù)器負(fù)責(zé)流媒體主資源信息的存儲(chǔ)、檢索、點(diǎn)播服務(wù)和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理與流量的均衡控制，它由

11、三個(gè)模塊組成： 一是流媒體節(jié)目制作與服務(wù)模塊，負(fù)責(zé)節(jié)目的制作、存儲(chǔ)與點(diǎn)播響應(yīng)；二是信息統(tǒng)計(jì)模塊，負(fù)責(zé)記錄代理服務(wù)器與客戶端的登錄、節(jié)點(diǎn)資源信息、區(qū)域流量與設(shè)備狀態(tài)信息的收集與統(tǒng)計(jì)，三是全局資源管理模塊，負(fù)責(zé)管理 全網(wǎng)媒體資源與網(wǎng)絡(luò)資源， 依據(jù)管理策略發(fā)布調(diào)度控制命令， 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播的重定向，進(jìn)行流量控制。代理服務(wù)器安裝在邊緣節(jié)點(diǎn)上，它是一雙網(wǎng)卡的流媒體服務(wù)器，考慮移動(dòng)方便也可以 采用嵌入式服務(wù)器6。代理服務(wù)器可依據(jù)區(qū)域節(jié)目的流行度，自適應(yīng)緩存流行節(jié)目的內(nèi)容， 接替內(nèi)外網(wǎng)信源提供點(diǎn)播服務(wù)。 本系統(tǒng)的特點(diǎn)是安裝的代理服務(wù)器除了具備基本的節(jié)目代理的功能外，還增加了網(wǎng)絡(luò)探針，用于監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)，測(cè)量

12、區(qū)域節(jié)點(diǎn)的流量，統(tǒng)計(jì)區(qū)域節(jié)目的流行度?？蛻舳司哂悬c(diǎn)播信息緩存與流媒體資源共享能力。邊緣代理服務(wù)器負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)和管理客 戶端的資源，系統(tǒng)透過(guò)專門設(shè)計(jì)的客戶端點(diǎn)播軟件實(shí)現(xiàn)區(qū)域客戶端之間的資源共享。1.2層次關(guān)系系統(tǒng)采用的是主從分布式管理架構(gòu)。中心流媒體服務(wù)器具有較高的管理權(quán)限，對(duì)園區(qū)網(wǎng)內(nèi)信源與設(shè)備資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、配置與管理，是媒體信息、網(wǎng)絡(luò)資源、各節(jié)點(diǎn)信息匯聚與管理的中心。系統(tǒng)的主從關(guān)系是指流媒體中心流媒體服務(wù)器端、邊緣代理服務(wù)器與客戶端的三層次的管理地位。分布式是指各個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)代理服務(wù)器自成系統(tǒng)，可管理各自不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)資源，沒(méi)有中心服務(wù)器的管理與控制，代理服務(wù)器也能夠獨(dú)立地正常工作，它本身就具有

13、節(jié)目自適應(yīng)存儲(chǔ)與節(jié)目的重定向功能，可單獨(dú)為客戶端提供點(diǎn)播服務(wù)。代理服務(wù)器之間具有相同的地位，彼此可以互相發(fā)現(xiàn)，節(jié)目?jī)?nèi)容可以共享； 邊緣節(jié)點(diǎn)的流媒體服務(wù)器還可以管 理區(qū)域內(nèi)的客戶端資源，實(shí)現(xiàn)客戶端之間的資源共享。1.3均衡策略系統(tǒng)均衡策略是指系統(tǒng)依據(jù)各區(qū)域網(wǎng)絡(luò)流量與節(jié)目的流行度、流媒體與網(wǎng)絡(luò)資源分布 情況、代理服務(wù)器與客戶端工作狀態(tài)而設(shè)計(jì)的處理方法，它包括節(jié)目的存儲(chǔ)、節(jié)目的重定向、自適應(yīng)緩存策略等。本文重點(diǎn)討論中心服務(wù)器的均衡策略、邊緣代理的控制策略與客戶端的支援策略。1.3.1 中心服務(wù)器均衡策略若保證QoS的中心服務(wù)器允許的最大I/O流量為L(zhǎng),最大允許并發(fā)點(diǎn)播數(shù)為M中心流媒體服務(wù)器的實(shí)際流量

14、為I，實(shí)際并發(fā)點(diǎn)播數(shù)為m中心服務(wù)器采用如下的均衡策略：（1） 不介入策略若中心服務(wù)器的I/O流量I與實(shí)際點(diǎn)播數(shù)m滿足如下關(guān)系：I _，Landm_，M（0.5_，_0.8）（1）則中心流媒體服務(wù)器采用不介入策略。管理模塊只作正常的信息收集，統(tǒng)計(jì)和計(jì)算節(jié)目的流行度，中心流媒體節(jié)目服務(wù)模塊為客戶端提供服務(wù)。區(qū)域代理服務(wù)器與客戶端均不介入服務(wù)，區(qū)域代理只統(tǒng)計(jì)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)流量與節(jié)目的流行度，實(shí)時(shí)緩存區(qū)域流行度高的節(jié)目?jī)?nèi)容。（2） 一般介入策略若中心流媒體服務(wù)器的I/O流量I與節(jié)目實(shí)際點(diǎn)播數(shù)m同時(shí)滿足如下關(guān)系：（I Lorm：M）and（丨蟲(chóng)Lorm蟲(chóng)M ）（ 0.8：0.98）（2）為保證中心流媒體服務(wù)器

15、的流量慢增長(zhǎng)，采用一般介入策略。中心服務(wù)器依據(jù)統(tǒng)計(jì)的各區(qū)域節(jié)目流行度分布，綜合考慮各流媒體節(jié)目服務(wù)器的CPU內(nèi)存、I/O的利用率，區(qū)域節(jié)點(diǎn)的流量狀況與區(qū)域流量裕度，命令區(qū)域代理服務(wù)器參與服務(wù)，并設(shè)置點(diǎn)播節(jié)目的重定向。（3） 大并發(fā)控制策略若中心服務(wù)器I/O流量與實(shí)際的節(jié)目點(diǎn)播數(shù)m滿足如下關(guān)系：l Lorm . M（：；）（3）系統(tǒng)采用大并發(fā)控制策略。此時(shí)禁止對(duì)中心服務(wù)器的調(diào)用，只允許區(qū)域代理或客戶端 提供共享服務(wù)。對(duì)預(yù)知的突發(fā)流量，如體育比賽與公共教育節(jié)目，系統(tǒng)可通過(guò)中心服務(wù)器管理端對(duì)節(jié)目預(yù)先配置， 規(guī)定節(jié)目重定向策略，最大限度地防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。由于邊緣節(jié)點(diǎn)具有自適應(yīng)節(jié)目存儲(chǔ)功能，可同步存

16、儲(chǔ)熱門節(jié)目，可以減緩網(wǎng)絡(luò)的擁塞。（4） 流量預(yù)處理策略中心流媒體服務(wù)器的I/O帶寬是有限的，實(shí)驗(yàn)表明，一臺(tái)部門級(jí)服務(wù)器大約能夠保證100個(gè)左右的并發(fā)點(diǎn)播鏈接（每個(gè)鏈接占1Mbps帶寬），過(guò)多的鏈接會(huì)導(dǎo)致QoS顯著下降。事實(shí)證明，忙時(shí)才分布存儲(chǔ)熱門節(jié)目，是不可能緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的，最好的辦法是閑時(shí)復(fù)制， 可在閑時(shí)（如凌晨2:00-4:00）依據(jù)節(jié)目流行度的統(tǒng)計(jì)特性或者是其他預(yù)知信息預(yù)先配置媒 體資源，避免可預(yù)知的突發(fā)網(wǎng)絡(luò)流量造成的擁塞。1.3.2 邊緣代理服務(wù)控制策略邊緣服務(wù)代理服務(wù)器的作用有二，一是緩存區(qū)域熱門節(jié)目為近端客戶提供代理服務(wù)；二是檢測(cè)區(qū)域節(jié)點(diǎn)流量與統(tǒng)計(jì)節(jié)目的流行度，給中心服務(wù)器提供適時(shí)

17、信息，保證系統(tǒng)管理的細(xì)粒度。該設(shè)備采用的管理策略有不介入策略、自適應(yīng)存儲(chǔ)策略、動(dòng)態(tài)加盟策略與資源預(yù)配置策略等。由于代理服務(wù)器采用的不介入策略與中心服務(wù)器相同，故不作累述。（1）自適應(yīng)存儲(chǔ)策略當(dāng)代理服務(wù)器檢測(cè)到區(qū)域流量大于交換設(shè)備端口允許流量的1/2時(shí)，代理服務(wù)器進(jìn)入代理服務(wù)狀態(tài)。區(qū)域代理統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)的節(jié)目流行度，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行節(jié)目的緩存。當(dāng)客戶端提出點(diǎn)播申請(qǐng)時(shí)，自動(dòng)接替中心服務(wù)器或網(wǎng)外流媒體服務(wù)器為客戶端提供點(diǎn)播服務(wù)。（2）資源共享策略當(dāng)代理服務(wù)器檢測(cè)到區(qū)域流量大于交換設(shè)備I/O端口允許流量的1/2，且小于允許流量的0.95倍時(shí)，邊緣代理服務(wù)器檢測(cè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)流量，同時(shí)監(jiān)測(cè)客戶端工作狀況

18、，適時(shí)獲 取區(qū)域客戶端緩存的節(jié)目清單，對(duì)于區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)播，設(shè)置節(jié)目的重定向表。 如果點(diǎn)播節(jié)點(diǎn)代理中緩存了所需的節(jié)目，則提供代理服務(wù)；如點(diǎn)播的節(jié)目是區(qū)域內(nèi)客戶端曾點(diǎn)播過(guò)的節(jié)目，而該客戶端又處于激活狀態(tài)，則實(shí)現(xiàn)客戶端之間的資源共享。 另外，各邊緣代理之間也可實(shí)現(xiàn)資源的共享。中心服務(wù)器內(nèi)有一張邊緣代理服務(wù)的資源配置表，定長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)更新（如5秒），可利用重定向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域代理服務(wù)器間的資源共享。（3）動(dòng)態(tài)加盟邊緣代理在系統(tǒng)資源短缺的情況下也可動(dòng)態(tài)加盟。代理動(dòng)態(tài)加盟有兩個(gè)途徑，一是系 統(tǒng)配置的代理服務(wù)器具有即插即用功能，代理與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通時(shí)會(huì)向中心服務(wù)器發(fā)送報(bào)文，申請(qǐng)加盟，接受申請(qǐng)之后會(huì)向中心服務(wù)器傳送資源配

19、置信息報(bào)文完成加入；二是中心管理端也可以通過(guò)輪詢的方法與新增代理服務(wù)器建立聯(lián)系。1.3.3 客戶端的支援策略本客戶端軟件是在開(kāi)源的點(diǎn)播客戶端Mplayer上修改而成。利用Web界面實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程的流媒體節(jié)目的檢索、點(diǎn)播、快退與快進(jìn)功能?？蛻舳嗽谠瓉?lái)的基礎(chǔ)上新增了一些新的功能， 如：開(kāi)辟了專用的存儲(chǔ)空間供已播節(jié)目緩存之用，在定長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)給區(qū)域代理上傳節(jié)目清單和客戶端運(yùn)行狀況信息，利用上行信道為區(qū)域內(nèi)客戶端提供共享服務(wù)?？蛻舳说闹г呗匀缦拢?1)客戶端不主動(dòng)向其他客戶端提供服務(wù)，其共享服務(wù)受區(qū)域代理控制。(2)區(qū)域代理在資源容許的情況下優(yōu)先為客戶端提供服務(wù)，只有當(dāng)其服務(wù)能力不足時(shí)才 容許客戶端之間實(shí)現(xiàn)

20、資源的共享。(3)客戶端定時(shí)向區(qū)域代理上傳緩存節(jié)目清單，匯報(bào)客戶端的資源利用情況， 區(qū)域代理 確定客戶端提供資源支援的順序，并為區(qū)域客戶端之間的資源共享服務(wù)提供備份。1.4 關(guān)鍵技術(shù)的研究系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)有區(qū)域節(jié)點(diǎn)的流媒體數(shù)據(jù)的探測(cè)技術(shù)，流媒體節(jié)目流行度與系統(tǒng)流媒體節(jié) 目的重定向技術(shù)等。1.4.1 網(wǎng)絡(luò)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)探測(cè)的內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)的流量特征、拓?fù)錉顩r、端到端時(shí)延、丟包率、帶寬利用率等, 本系統(tǒng)主要探測(cè)的是區(qū)域或節(jié)點(diǎn)的流量和流媒體節(jié)目的數(shù)據(jù)報(bào)。網(wǎng)絡(luò)探測(cè)有主動(dòng)探測(cè)與被動(dòng)探測(cè)之分，前者要發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文， 會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的流量；后者被動(dòng)接收網(wǎng)絡(luò)的信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有影響。本系統(tǒng)是將雙網(wǎng)卡代理服務(wù)器的一個(gè)網(wǎng)卡旁接在網(wǎng)絡(luò)的

21、邊緣節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)交換機(jī)端口的鏡像配置，被動(dòng)捕獲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的報(bào) 文信息的。將網(wǎng)絡(luò)探測(cè)器安裝在邊緣 節(jié)點(diǎn)上是為避免檢測(cè)的盲點(diǎn)和誤檢。 當(dāng)然，可使用光分路器改善數(shù)據(jù)捕獲 的效果，將探測(cè)器安裝在骨干節(jié)點(diǎn) 上，獲得更大的信息捕獲空間，但會(huì)增加成本。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)探測(cè)包括流量測(cè) 量和流媒體節(jié)目信息的檢測(cè)兩部分 內(nèi)容。流量測(cè)量采用被動(dòng)式IP流量探測(cè)技術(shù)，而節(jié)目的數(shù)據(jù)報(bào)則可以通 過(guò)協(xié)議包的分析工具來(lái)解決。網(wǎng)絡(luò)探 針的結(jié)構(gòu)如圖2所示。探測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量有開(kāi)源流量監(jiān)控 軟件如PRTG與MRTG由于PRTG安裝比較簡(jiǎn)單，MRTG勺指令基于命令行，比較復(fù)雜；PRT3以輕松用一臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控多臺(tái)服務(wù)器，而MRTG!要反復(fù)設(shè)置修改

22、默認(rèn)模板配置；PRTG的監(jiān)控內(nèi)容較MRTG多，而且PRTG還可記錄CPU使用，內(nèi)存資源，緩存信息等；最關(guān)鍵的是PRTG集成了頁(yè)面發(fā)布工具，在監(jiān)控完畢后不需要任何設(shè)置就可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式訪問(wèn)結(jié)果，而MRTG1己不帶頁(yè)面發(fā)布工具，需要安裝IIS或Apache才能將生成的報(bào)表在頁(yè)面發(fā)布。因此，本系統(tǒng)用PRTG定時(shí)收集區(qū)域流量信息與服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)信息，為中心服務(wù)器提供適時(shí)的服務(wù)。流媒體節(jié)目信息的檢測(cè)使用數(shù)據(jù)報(bào)分析工具。典型數(shù)據(jù)報(bào)監(jiān)控的軟件有Sniffer pro和Ethereal。兩款軟件都可捕獲網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的幾乎所有數(shù)據(jù)報(bào)文信息，分析數(shù)據(jù)包中的源 地址、目的地址以及端口號(hào)，解析數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容。由于E

23、thereal內(nèi)置了的一些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包分析工具，相比sn iffer pro功能更強(qiáng)一些，本系統(tǒng)采用了Ethereal當(dāng)然，無(wú)論是使用PRTG還是Ethereal都要整合才能融入本系統(tǒng)。1.4.2 節(jié)目流行度節(jié)目流行度是基于流媒體流量均衡的重要參數(shù)，它是一個(gè)相對(duì)變量。信道的節(jié)目流行度是指一段時(shí)間內(nèi)，單向點(diǎn)播節(jié)目信息量占信道單向總信息量的比值。若設(shè)在單位時(shí)間t內(nèi)的點(diǎn)播的總信息量為C,總點(diǎn)播的流媒體節(jié)目片段數(shù)為M第i個(gè)節(jié)目片段的信息量為L(zhǎng)i,有N個(gè)客戶端點(diǎn)播，第k次點(diǎn)播的完整率為k（:；k-1）;則節(jié)目的流行度定義為：NptnkLik)/Ctk=1(0 _ i _ M )(5)其中t可取值為:時(shí)，日

24、，周和月等，由（5）式可生成不同周期的流行度表。從（5）式也還可看出，流行度高，是指單位時(shí)間內(nèi)的節(jié)目出現(xiàn)的頻度高，點(diǎn)播節(jié)目占的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。T的取值不能太小，否則C不穩(wěn)定，P就不穩(wěn)定，t取值一般最少為一天。按點(diǎn)播信源的不同，可分內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的節(jié)目流行度，按統(tǒng)計(jì)對(duì)象的不同又可分中心服務(wù)器流行度（CP、代理流行度（SP、區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）流行度（LP）與全局節(jié)目的流行度（AP。中心服務(wù)器與代理服務(wù)器的節(jié)目流行度可按（5）式直接計(jì)算。而區(qū)域節(jié)目流行度則要用網(wǎng)絡(luò)探針獲取網(wǎng)絡(luò)區(qū)域（節(jié)點(diǎn)、的節(jié)目數(shù)據(jù)報(bào)文，統(tǒng)計(jì)流量才能得到。用Ethereal工具可獲得區(qū)域節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)信息，如表1所示，解析報(bào)文可完成節(jié)目點(diǎn)播信息量的

25、統(tǒng)計(jì)。用PRTG可統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)區(qū)域節(jié)目的總信息流量，由獲得的區(qū)域節(jié)目信息流量與區(qū)域的總流 量，從而可計(jì)算出區(qū)域的節(jié)目流行度。這里要注意的是服務(wù)器點(diǎn)播的總信息流量與區(qū)域信息流量是有差別的。表1點(diǎn)播的RTSP數(shù)據(jù)報(bào)信息Tab.1 The information of RTSP packets in VOD procedure媒體名稱時(shí)間源IP目標(biāo)IP源端口目標(biāo)端口長(zhǎng)度Mov1.mov7.990158192.168.225.198192.168.225.31554328081205Mov2.mov8.3315031192.168.225.198192.168.225.35554328081309S

26、tream1.mov10.431213118.123.213.135192.168.225.100554431611401.4.3 節(jié)目點(diǎn)播的重定向節(jié)目點(diǎn)播的重定向是指點(diǎn)播信源物理位置的定向遷移。流媒體流量均衡實(shí)質(zhì)上是將面向 中心或者外網(wǎng)信源的集中點(diǎn)播改為面向內(nèi) 網(wǎng)分布代理點(diǎn)播的過(guò)程。重定向的目的是 使邊緣代理或資源支援的客戶端的資源實(shí) 現(xiàn)共享。重定向的條件是點(diǎn)播節(jié)目存在于 區(qū)域代理或者相鄰的客戶機(jī)上，且中心服 務(wù)器或者園區(qū)網(wǎng)入口I/O流量超過(guò)閾值。點(diǎn)播重定向的過(guò)程是點(diǎn)播客戶端發(fā)送 點(diǎn)播的協(xié)商數(shù)據(jù)包到中心流媒體服務(wù)器端 的過(guò)程。中心服務(wù)器檢查點(diǎn)播節(jié)目的分布 情況，若本身I/O流量與服務(wù)器負(fù)荷超

27、過(guò) 預(yù)定值，則將信源指定為緩存該節(jié)目的代理服務(wù)器，使客戶端與服務(wù)代理建立聯(lián)系，并為之提供服務(wù)。下面是內(nèi)網(wǎng)信源點(diǎn)播的重定向舉例，以主流協(xié)議RTSP協(xié)議族為例說(shuō)明。如圖3所示，首先點(diǎn)播客戶端發(fā)起點(diǎn)播請(qǐng)求（1），服務(wù)器回復(fù)并提供SDRSession Description protocol）數(shù)據(jù)報(bào)（2）,接著客戶端發(fā)送SETUP包（3）請(qǐng)求并建立數(shù)據(jù)傳輸通道（如視頻流、音頻流傳 輸端口等），中心流媒體服務(wù)器將該數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)至代理服務(wù)器（4）,代理服務(wù)器提供建立數(shù)據(jù)通道的信息（5）,中心服務(wù)器再將該信息轉(zhuǎn)發(fā)至點(diǎn)播的客戶端（6）,最后當(dāng)客戶端請(qǐng)求播放節(jié)目時(shí)（7），中心服務(wù)器將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至代理服務(wù)器（8），

28、代理服務(wù)器提供包含節(jié)目?jī)?nèi)容的RTP/RTCF數(shù)據(jù)報(bào)為客戶端提供點(diǎn)播服務(wù)（9）。由于點(diǎn)播協(xié)商的數(shù)據(jù)包信息量較少，不會(huì)過(guò)多消耗網(wǎng)絡(luò)資源，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置中心服務(wù)器 負(fù)荷與I/O帶寬的閾值可以保證不過(guò)快趨于滿負(fù)載。對(duì)于外網(wǎng)信源的節(jié)目點(diǎn)播，需要依靠區(qū)域網(wǎng)絡(luò)探測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)出口流量接近其 設(shè)定的閾值門限時(shí)，有能力的代理服務(wù)器會(huì)自動(dòng)與客戶端建立聯(lián)系，適時(shí)接替外網(wǎng)信源的工作為之提供服務(wù)。2 仿真實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖一。用一臺(tái)中心流媒體服務(wù)器，三臺(tái)流媒體代理服務(wù)器（均采用Dell Power Edge 2850）與300臺(tái)普通PC建立仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在企業(yè)服務(wù)器上安裝流媒體資源庫(kù) 與中心服務(wù)器流媒體系統(tǒng)軟件

29、，三臺(tái)部門級(jí)服務(wù)器上安裝自適應(yīng)存儲(chǔ)代理、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)軟件與流量檢測(cè)軟件，300臺(tái)PC上安裝客戶端點(diǎn)播軟件。中心服務(wù)器上安裝300套流媒體節(jié)目，網(wǎng)絡(luò)帶寬限制在30Mbps,外網(wǎng)帶寬設(shè)置為10Mbps邀請(qǐng)學(xué)生根據(jù)自己的喜好利用三組PR每組100臺(tái)）點(diǎn)播節(jié)目，對(duì)比一般流媒體點(diǎn)播系統(tǒng)、CDN流媒體點(diǎn)播系統(tǒng)與本點(diǎn)播系統(tǒng)的點(diǎn)播情況，如圖四和圖五所示，發(fā)現(xiàn)可以允許的最大并發(fā)點(diǎn)播數(shù)有明顯的差別。網(wǎng)還是外網(wǎng))如體育賽事的可點(diǎn)播用戶數(shù)的增長(zhǎng)也很明顯。3 結(jié)束語(yǔ)介紹了一種中小型園區(qū)網(wǎng)的流媒體技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)優(yōu)化和改造方案， 引入了網(wǎng)絡(luò)探測(cè)技 術(shù)，提出了一種將CDN技術(shù)與P2P技術(shù)融合的流媒體流量全局均衡的方法，重新定義了

30、節(jié)目的流行度，實(shí)驗(yàn)證明了本流媒體流量均衡系統(tǒng)具有較高的可用性。參考文獻(xiàn)：1王 錚，李永昊，劉 云， 霍曉宇。 覆蓋網(wǎng)絡(luò)組播與Patching算法在VOD系統(tǒng)中的應(yīng) 用，北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)J，2005，29(5)：19-23。2唐瑞春，魏青磊，劉斌。一種基于P2P協(xié)作的代理緩存流媒體調(diào)度算法，電子與信息學(xué)報(bào)J，2009,31(11):2756-2761。3蘇磊，王彬彬，張家謀。VOCT播協(xié)議分析和建模。寬帶網(wǎng)絡(luò)與傳輸M，2005,275(5):46-49。4史厚兵,朱怡安,王云嵐,年福豐?；谪?fù)載均衡的多源流媒體網(wǎng)拓?fù)鋬?yōu)化策略,計(jì)算機(jī)工程J,2009,35(6)：122-124。王薇薇，李木子?；?/p>

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