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大规模P2P视频点播系统的研究与实现

作　者: 李海涛
导　师: 徐恪
学　校: 清华大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: P2P 视频点播模型原型实现网络测量
分类号: TN948.64
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

视频点播(VoD)服务近几年成为主流网络应用,但现存的VoD服务很难提供令人满意的用户体验,而且服务器带宽开销严重。鉴于此,人们提出了一种有效的解决办法,即基于P2P的VoD (P2P-VoD)服务。本论文提出了P2P-VoD的数学模型,分析了系统性能,作为对比,在实际系统中进行了算法部署,测量和分析。在此基础上,设计并实现了统一全透明的P2P-VoD加速系统--THVA。主要内容和贡献如下:(1)首次提出了基于MVC(multiple video caching)的最优化模型分析系统性能。基于该模型,分析了最小服务器带宽开销与系统规模,视频流行度,视频码流率,用户上传带宽,副本分布,磁盘共享空间大小等的关系;对比了统一P2P-VoD点播平台对比与私有P2P-VoD点播平台的性能优势。该模型解答了系统可以支持的最多大视频码率和规模,以及部署统一P2P-VoD平台的必要性等问题。(2)提出了三种用户磁盘淘汰算法。算法都部署于PPLive点播系统中。测量了在系统处于稳定状态,动态情况下三种算法的性能。其中PPRII算法可以比LRU算法节省服务器带宽10%左右。结果有助于分析和实现最优副本分布。(3)测量了两个大规模P2P-VoD点播系统--PFSVoD以及PPVA。包括系统性能,拓扑结构,流量分析,网络视频点播服务特性,以及用户行为。结果对于P2P-VoD系统性能的理解,问题的发现以及进一步优化提供了指导。(4)设计并实现了统一全透明的P2P视频加速系统THVA。统一指的是不只为特定的网站加速,THVA可以为绝大多数视频网站进行加速服务。全透明指的是视频网站不需要做任何改动即可被加速。THVA系统可以大幅减少网站的服务器带宽开销,提高用户观体验。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-12
  1.1 课题意义和背景  9-10
  1.2 论文主要贡献  10-11
  1.3 论文组织结构  11-12
第2章相关工作  12-18
  2.1 本章简介  12
  2.2 P2P-VoD 体系结构  12-15
    2.2.1 SVC-Based  12-13
    2.2.2 MVC-Based  13-15
  2.3 副本分布策略  15-16
  2.4 P2P-VoD 网络测量  16-17
  2.5 P2P-VoD 实际系统实现  17-18
第3章模型分析  18-28
  3.1 本章简介  18
  3.2 网络模型  18-20
  3.3 系统参数对服务器带宽最小开销的影响  20-22
    3.3.1 Peer 上传带宽下载需求比的影响  20
    3.3.2 共享硬盘空间大小的影响  20-21
    3.3.3 系统规模的影响  21
    3.3.4 视频热度的影响  21
    3.3.5 副本分布的影响  21-22
  3.4 最优副本分布  22-23
  3.5 统一P2P 加速器vs.私有P2P 加速器.  23-27
    3.5.1 潜在优势分析  23-24
    3.5.2 不同网站有相同视频  24
    3.5.3 视频有更多的副本  24-25
    3.5.4 更大的系统  25-27
  3.6 本章小结  27-28
第4章算法优化及部署  28-38
  4.1 本章简介  28
  4.2 研究内容  28-29
  4.3 性能评价指标  29-30
  4.4 淘汰算法  30
  4.5 数据采集以及实验环境  30-31
  4.6 静态性能分析  31-35
    4.6.1 LRU 算法的不足  32-33
    4.6.2 PPRI 性能  33-34
    4.6.3 PPRII 性能  34-35
  4.7 动态性能分析  35-37
    4.7.1 视频刚发布  35-36
    4.7.2 视频流行性下降  36-37
  4.8 本章小结  37-38
第5章网络测量  38-52
  5.1 本章简介  38
  5.2 PFSVoD  38-43
    5.2.1 测量方法  38-39
    5.2.2 系统规模  39
    5.2.3 出度入度  39-40
    5.2.4 用户的上传下载  40-42
    5.2.5 跨ISP 流量  42-43
  5.3 PPVA  43-51
    5.3.1 测量方法  43-44
    5.3.2 系统规模  44
    5.3.3 服务器带宽节省率  44-46
    5.3.4 加速效果  46-47
    5.3.5 用户开销  47-48
    5.3.6 网络视频服务特性  48-50
    5.3.7 用户行为  50-51
  5.4 本章小结  51-52
第6章系统原型实现  52-74
  6.1 本章简介  52
  6.2 设计难点与目标  52-53
  6.3 系统结构  53-54
  6.4 视频ID 标识  54
  6.5 视频数据粒度  54-55
  6.6 通信流程  55-64
    6.6.1 整体流程  55-56
    6.6.2 Peer 与Peer 间消息  56-58
    6.6.3 Peer 与Tracker 间消息  58-61
    6.6.4 Peer 与Index Server 间消息  61-64
  6.7 客户端设计  64-71
    6.7.1 客户端架构  64-65
    6.7.2 磁盘管理  65-66
    6.7.3 内存管理  66
    6.7.4 数据下载调度管理  66-68
    6.7.5 数据上传调度管理  68
    6.7.6 邻居管理  68-69
    6.7.7 浏览器管理  69-70
    6.7.8 其他管理  70-71
  6.8 实验和结果分析  71-73
    6.8.1 测试环境与方法  71-72
    6.8.2 结果分析  72-73
  6.9 本章小结  73-74
第7章结论和下一步工作  74-76
  7.1 结论  74-75
  7.2 下一步工作  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  80-81

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