本文關(guān)鍵詞：云環(huán)境下視頻流應(yīng)用優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 云計算 視頻流 應(yīng)用構(gòu)建 部署優(yōu)化 移動接入優(yōu)化

【摘要】：作為一種新型商業(yè)計算模式,云計算以實(shí)時按需服務(wù)的方式為用戶提供高可靠性、動態(tài)可擴(kuò)展的虛擬計算資源。云計算資源的高性價比優(yōu)勢吸引了越來越多的個人和企業(yè)將自身的應(yīng)用服務(wù)遷移到云端去部署執(zhí)行。在這些應(yīng)用中,視頻媒體流應(yīng)用以其龐大的用戶群體,獨(dú)特的應(yīng)用需求特征,廣泛的應(yīng)用場景成為最具代表性的云上應(yīng)用。事實(shí)上,視頻媒體流在過去十多年里獲得了極大的發(fā)展,其產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量己經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)總流量中占據(jù)了絕大份額。各類小型化智能移動設(shè)備的普及進(jìn)一步推動了視頻媒體流的發(fā)展,相關(guān)的各種高帶寬需求的新興應(yīng)用層出不窮。當(dāng)前不斷發(fā)展的視頻媒體流已經(jīng)給應(yīng)用提供商的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)造成了越來越大的壓力。云計算是處理上述問題的一種理想方式:近乎無限的彈性云計算資源迎合了視頻媒體流應(yīng)用規(guī)模大、需求波動大等特點(diǎn),分布式的數(shù)據(jù)中心可以提供為用戶提供低訪問時延等應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量。如何更好地優(yōu)化云計算環(huán)境下視頻媒體流應(yīng)用的性能是一個極具挑戰(zhàn)和價值的問題。在云計算環(huán)境下為企業(yè)和用戶提供優(yōu)化的視頻流所需解決的挑戰(zhàn)有:1)由于市場競爭等因素,不同云視頻服務(wù)提供商提供的云視頻服務(wù)通常都是各有特色,這導(dǎo)致云環(huán)境下具有相似功能但QoS品質(zhì)各異的候選云視頻服務(wù)數(shù)量越來越多。一個云視頻服務(wù)卻可以基于用戶的需求實(shí)時地更新自身的QoS水平。這種實(shí)時可調(diào)節(jié)性極大地增強(qiáng)了應(yīng)用的性能表現(xiàn),同時也相應(yīng)地增大了云視頻服務(wù)選擇的難度。2)通過云資源的彈性伸縮特性調(diào)整資源預(yù)留量可以提升云資源的使用率。在調(diào)整過程中,云需要幾分鐘的時間去更新配置信息,啟動新的虛擬機(jī)實(shí)例。這導(dǎo)致視頻媒體提供商需要根據(jù)需求預(yù)測信息提前主動進(jìn)行調(diào)整操作。但是,已有的預(yù)測方法并不能保證完全準(zhǔn)確的用戶需求預(yù)測。這種不匹配信息會影響視頻應(yīng)用的服務(wù)水平協(xié)議。3)作為移動設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)接入的支撐基礎(chǔ)技術(shù),蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)充當(dāng)了關(guān)鍵的角色。但是,這些無線網(wǎng)絡(luò)條件隨著用戶移動而波動變化,或者隨著天氣等外部環(huán)境變化而變化。這種無線網(wǎng)絡(luò)條件的動態(tài)隨機(jī)特性會影響實(shí)時視頻流的穩(wěn)定性和流暢性。4)便攜式移動設(shè)備讓用戶能夠隨處即時分享用戶視頻或者隨時觀看高質(zhì)量點(diǎn)播視頻。用戶的高視覺體驗(yàn)對當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和移動接入網(wǎng)絡(luò)造成了極大的壓力。已有的D2D通信研究通常基于用戶隨機(jī)移動性或者蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的位置快照。用戶的隨機(jī)移動性導(dǎo)致通信時長和質(zhì)量的動態(tài)變化,使得該網(wǎng)絡(luò)只能以盡力的方式進(jìn)行視頻傳輸。這種隨機(jī)移動特性實(shí)際上使得D2D通信對于視頻傳輸服務(wù)來說是低效率的。基于上述挑戰(zhàn),本文針對云計算環(huán)境下視頻媒體流應(yīng)用優(yōu)化問題展開研究。具體而言,本文的主要工作包括以下幾項(xiàng):1)為實(shí)現(xiàn)云計算環(huán)境下視頻應(yīng)用構(gòu)建、視頻應(yīng)用部署優(yōu)化、移動云視頻的優(yōu)化接入以及移動用戶之間的合作調(diào)度一體化過程,本文提出了一種云計算環(huán)境下云視頻流應(yīng)用優(yōu)化框架。面向用戶的應(yīng)用需求,該框架分為四個層次:云視頻應(yīng)用構(gòu)建層、云視頻應(yīng)用優(yōu)化層、云視頻服務(wù)接入層以及云視頻服務(wù)用戶層。具體而言,云視頻應(yīng)用構(gòu)建層基于用戶需求,以分布式服務(wù)代理架構(gòu)為基礎(chǔ),調(diào)用底層云視頻服務(wù),構(gòu)建實(shí)現(xiàn)具有期望功能的云視頻應(yīng)用。云視頻應(yīng)用優(yōu)化層根據(jù)具體的應(yīng)用使用情形,不同的使用用戶群體等輔助信息,對云視頻應(yīng)用的部署和底層資源使用進(jìn)行優(yōu)化,提升應(yīng)用和市場等的契合度。云視頻服務(wù)接入層則是負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的視頻應(yīng)用需求,優(yōu)化用戶接入網(wǎng)絡(luò),提升用戶使用視頻應(yīng)用的質(zhì)量。最后,云視頻服務(wù)用戶層充分利用用戶的移動等特性,分析用戶合作行為模式對視頻應(yīng)用成本等的影響,優(yōu)化視頻應(yīng)用的質(zhì)量。2)云計算的龐大彈性計算存儲能力使得越來越多的傳統(tǒng)視頻編碼等服務(wù)遷移至云上實(shí)現(xiàn),不同云平臺上的這些云視頻服務(wù)可以被調(diào)用去構(gòu)建跨云視頻應(yīng)用。但是,一個云視頻服務(wù)通常有著多種彈性QoS品質(zhì)。這種特性極大地提升了從候選云視頻服務(wù)中進(jìn)行選擇去構(gòu)建一個視頻應(yīng)用的難度和時間開銷。有鑒于此,我們提出了一個快速可信云服務(wù)選擇方法。該方法將效用值作為評估指標(biāo),基于用戶需求從大量云視頻服務(wù)中快速的搜索最優(yōu)或近優(yōu)服務(wù)組合。具體而言,為了提高用戶真實(shí)需求和取得的服務(wù)組合方案的匹配程度,用戶對每個QoS指標(biāo)的偏好被形式化為一個偏好區(qū)間。一個增強(qiáng)的前k迭代服務(wù)組合過程被用于尋求可信的最優(yōu)或近優(yōu)服務(wù)組合。該快速可信服務(wù)組合方法提升了服務(wù)組合解的可行性和效率。與傳統(tǒng)的服務(wù)組合方法相比,該方法主要有著兩方面的優(yōu)勢。首先,與傳統(tǒng)類似于規(guī)劃方法相比,該方法可以降低時間復(fù)雜度,并從理論上保證概率最優(yōu)性。其次,該方法可以為一個用戶提供多個最優(yōu)或者次優(yōu)服務(wù)組合解,增強(qiáng)視頻應(yīng)用的可靠性。3)隨著過去幾十年里互聯(lián)網(wǎng)視頻媒體應(yīng)用的發(fā)展,視頻媒體大數(shù)據(jù)對應(yīng)用提供商的網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施造成了極大的壓力。為了克服這個障礙,越來越多的傳統(tǒng)視頻媒體流應(yīng)用已經(jīng)從私有服務(wù)器群集上遷移到云上實(shí)現(xiàn)。借助于云計算的彈性資源配置和集中管理,視頻媒體應(yīng)用提供商的成本可以大幅減少。據(jù)我們所知,現(xiàn)有視頻媒體應(yīng)用的云遷移解決方案并沒有充分考慮諸如用戶硬件條件等信息。有鑒于此,我們提出了一種利用用戶本地存儲的云視頻使用優(yōu)化部署方案。我們將該問題形式化為一個NP-Hard的優(yōu)化問題�？紤]到這種問題難處理特性,我們提出了一種具有低時間復(fù)雜度的近似算法。具體來說,我們將原始問題展開為兩個近乎獨(dú)立的子問題,即粗粒度遷移子問題和細(xì)粒度調(diào)度子問題。然后,對這兩個子問題,我們給出了對應(yīng)的具有理論性能保證的Offline和Online近似算法。我們提出的算法可以減少總帶寬預(yù)留量,大大提高帶寬資源的利用率。4)借助于日益強(qiáng)大的智能手機(jī)等用戶智能移動設(shè)備,用戶可以在任何時間和任何地方觀看他所感興趣的內(nèi)容,享受豐富的聽覺和視覺體驗(yàn)。作為對這些富媒體內(nèi)容傳播的支持,蜂窩接入技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用角色,為用戶提供可靠的無處不在的互聯(lián)網(wǎng)接入。但是,這些無線網(wǎng)絡(luò)信道的條件極容易受天氣、用戶移動性、用戶干擾等因素的影響。這種不穩(wěn)定性極大地降低了用戶觀看視頻的質(zhì)量。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn),我們提出在未來網(wǎng)絡(luò)中使用Crowdsourcing眾包技術(shù)去提高每個移動用戶的帶寬條件,減少個人網(wǎng)絡(luò)狀況的波動。同時,我們研究了眾包場景下資源分配調(diào)度問題,并提出了相應(yīng)的最優(yōu)調(diào)度技術(shù)。該技術(shù)可以最大化用戶的QoE滿意度,為用戶提供高成本效益比的視頻觀看質(zhì)量體驗(yàn)。5)智能移動設(shè)備的普及推動了3D立體視頻和移動云游戲等新式視頻應(yīng)用的發(fā)展。這些視頻應(yīng)用對當(dāng)前移動接入網(wǎng)絡(luò)造成了更大的壓力。為了彌補(bǔ)這種網(wǎng)絡(luò)支持和用戶需求之間的差距,D2D通信范式被視為是極有前途的技術(shù)。但是,現(xiàn)有的D2D通信研究通常是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中用戶的隨機(jī)移動性或位置快照。這種用戶的隨機(jī)移動特性導(dǎo)致波動變化的用戶間通信質(zhì)量,使得D2D通信對于視頻傳輸?shù)葢?yīng)用來書的效率特別低。為了應(yīng)對這個挑戰(zhàn),我們引入眾包技術(shù),通過對眾包用戶的移動優(yōu)化控制去提升D2D通信在視頻傳輸中的效率。特別地,我們對現(xiàn)實(shí)中的4G/LTE網(wǎng)絡(luò)吞吐量進(jìn)行研究�；谘芯糠治鼋Y(jié)果,我們形式化了一個用戶移動控制決策優(yōu)化問題。對于單雇傭用戶情形,我們提出了一個偽多項(xiàng)式時間復(fù)雜度的最優(yōu)用戶調(diào)度解。然后,對于多雇傭用戶的一般情形,我們提出了一種基于圖劃分的調(diào)度算法。這種圖劃分方法可以降低用戶的轉(zhuǎn)移成本,取得高性價比的系統(tǒng)效用。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP393.09;TN919.8

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;電信運(yùn)營商視頻應(yīng)用解決方案[J];通信世界;2004年36期

2 小耿;;大屏顯示引領(lǐng)行業(yè)視頻應(yīng)用[J];每周電腦報;2006年42期

3 王龍;;基于現(xiàn)代多媒體網(wǎng)絡(luò)教育中視頻應(yīng)用的理論與實(shí)踐[J];電大理工;2007年03期

4 吳曉;;全國文化信息資源共享工程視頻規(guī)范的演進(jìn)[J];圖書館建設(shè);2008年02期

5 趙軍;林景;;視頻檢驗(yàn)技術(shù)體系初探[J];廣東公安科技;2011年01期

6 張吉春;李濤;;當(dāng)前視頻監(jiān)控圖像偵查中存在的問題及完善構(gòu)想[J];中國人民公安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年03期

7 和照;;我的手機(jī)視頻應(yīng)用[J];數(shù)碼影像時代;2012年03期

8 裴純禮;孫麗麗;;基于“動畫”和“控件對象”的音頻與視頻應(yīng)用和控制比較[J];中小學(xué)信息技術(shù)教育;2007年04期

9 鄭小龍;;數(shù)字視頻應(yīng)用將把產(chǎn)業(yè)推向另一高峰[J];電子產(chǎn)品世界;2006年04期

10 胡曉女;;開啟視頻監(jiān)控新局面[J];通信世界;2007年34期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 胡勝紅;于俊清;;視頻適配的關(guān)鍵技術(shù)與研究進(jìn)展[A];第六屆和諧人機(jī)環(huán)境聯(lián)合學(xué)術(shù)會議（HHME2010)、第19屆全國多媒體學(xué)術(shù)會議（NCMT2010）、第6屆全國人機(jī)交互學(xué)術(shù)會議（CHCI2010）、第5屆全國普適計算學(xué)術(shù)會議（PCC2010）論文集[C];2010年

2 許建東;彭宏;;Android平臺上H.264視頻前端模塊的研究[A];浙江省電子學(xué)會2012學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

3 佟剛;李霽;曹永剛;陳濤;;基于CameraLink的視頻分配系統(tǒng)[A];第七屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

4 周杰;劉亞軍;劉延軍;;新聞網(wǎng)站的視頻應(yīng)用探索[A];中國新聞技術(shù)工作者聯(lián)合會2008年學(xué)術(shù)年會論文集（上）[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報記者 黃敏;短視頻應(yīng)用火爆 個性化不足致良莠不齊[N];通信信息報;2014年

2 劉傳相;網(wǎng)絡(luò)視頻呈現(xiàn)四大發(fā)展趨勢[N];人民郵電;2008年

3 公安部第三研究所 胡傳平　梅林;視頻監(jiān)控如何應(yīng)對深度應(yīng)用的挑戰(zhàn)[N];人民公安報;2010年

4 ;公安機(jī)關(guān)視頻監(jiān)控建設(shè)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)介紹[N];人民公安報;2012年

5 曉偉;加速廣域網(wǎng)視頻應(yīng)用[N];計算機(jī)世界;2007年

6 本報記者 丁和平;網(wǎng)絡(luò)視頻異軍突起挑戰(zhàn)電視家庭娛樂中心地位[N];通信信息報;2010年

7 泛達(dá)企業(yè)解決方案;PANDUIT網(wǎng)絡(luò)視頻強(qiáng)勢來襲 泛達(dá)方案積極應(yīng)對[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2012年

8 本報記者 洪蕾;視頻傳輸邁入無線新時代[N];中國信息化周報;2014年

9 北京郵電大學(xué) 黃薇莘;視頻監(jiān)控:三大技術(shù)造勢[N];中國計算機(jī)報;2006年

10 本報記者 逄丹;中興力維:引領(lǐng)3G視頻監(jiān)控市場潮流[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 湯志偉;面向公安業(yè)務(wù)的視頻結(jié)構(gòu)化描述研究與實(shí)現(xiàn)[D];上海大學(xué);2015年

2 吳紅海;機(jī)會網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

3 丁萬;基于非場景目標(biāo)特征的籃球視頻事件檢測及其體育教學(xué)應(yīng)用的研究[D];華中師范大學(xué);2015年

4 吳濤桃;云環(huán)境下視頻流應(yīng)用優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京大學(xué);2017年

5 熊華;視頻內(nèi)容結(jié)構(gòu)化技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2001年

6 唐權(quán)華;視頻時空聯(lián)合模型與去噪研究[D];西南交通大學(xué);2010年

7 孟繁鋒;視頻目標(biāo)分類、跟蹤及行為分析研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高忠濤;基于高點(diǎn)視頻的交通信息提取[D];上海交通大學(xué);2015年

2 周鵬;微博平臺中品牌定制視頻的網(wǎng)絡(luò)營銷[D];山東大學(xué);2015年

3 袁圓;基于內(nèi)嵌字幕的近似視頻網(wǎng)頁去重研究與實(shí)現(xiàn)[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

4 劉天武;基于FPGA的視頻疊加系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

5 張楠;微視頻在師范生教育技術(shù)技能訓(xùn)練中的應(yīng)用探究[D];云南師范大學(xué);2015年

6 杜海鑫;高速公路視頻監(jiān)控與管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];大連海事大學(xué);2015年

7 張小貝;河南省大學(xué)生使用網(wǎng)絡(luò)視頻公開課現(xiàn)狀及對策研究[D];河南大學(xué);2015年

8 許U，

本文編號：1288618