面向并發(fā)服務(wù)的流媒體訪問控制技術(shù)研究

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1、面向并發(fā)服務(wù)的流媒體訪問控制技術(shù)研究摘要本文提出一種基于實時協(xié)議的多媒體數(shù)據(jù)流并發(fā)服務(wù)控制模型，介紹了數(shù)據(jù)并發(fā)傳送的調(diào)度控制問題。由實時協(xié)議的反饋機制動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，達到平滑時延的目的。最后通過對時延參數(shù)的測試，說明這一數(shù)據(jù)流控制方式的合理性，同時該方法也適用于網(wǎng)絡(luò)視頻的多點實時傳輸、網(wǎng)絡(luò)多點實時監(jiān)控，有較高的應用價值。關(guān)鍵詞并發(fā)調(diào)度動態(tài)調(diào)整實時模型實時數(shù)據(jù)傳輸對于視頻播放具有非常重要的意義，在各種網(wǎng)絡(luò)特性中時延參數(shù)占有相當?shù)姆萘俊ＭǔＵJ為視頻這類應用其時延要求小于20毫秒╩s），抖動限制在4毫左?lt;SUP>[1][3]。盡管提高網(wǎng)絡(luò)帶寬可以改善網(wǎng)絡(luò)的吞吐

2、量、傳輸延時等性能，由于視頻數(shù)據(jù)的高容量和視頻信源的高比特率特性，對于客戶端的服務(wù)質(zhì)量要求來說顯得微不足道。目前針對視頻服務(wù)質(zhì)量，從傳送層協(xié)議的使用、數(shù)據(jù)的壓縮/解壓、協(xié)同計算到單播/組播等多方面提出了許多措施?？紤]到網(wǎng)絡(luò)傳輸狀況的多樣性，本文重點討論服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳送調(diào)度控制，和并發(fā)服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，盡可能地降低傳輸中的時延抖動問題，提高并發(fā)服務(wù)質(zhì)量，文中最后給出了關(guān)鍵控制代碼和測試結(jié)果。1信源數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸模型并發(fā)連接對于網(wǎng)絡(luò)視頻應用來說，有別于以往的PEG-I按照1.5Mb/s傳輸在滿足觀看需要的情況下其幀數(shù)也要大于10幀以上。另外，當多個用戶同時申請服務(wù)的時候，

3、服務(wù)器建立連接分配資源等都需要產(chǎn)生延遲，也就是說對于用戶的響應經(jīng)過逐漸積累延遲會越來越大。如果請求池不足的話，那么就會產(chǎn)生客戶的請求丟失。因此，同一時刻只能處理一個客戶請求的循環(huán)服務(wù)器方式不適合視頻點播。如果采用并發(fā)服務(wù)方式[2]，在服務(wù)器端用主進程去監(jiān)聽客戶機的連接請求，當有客戶機的連接請求時通過創(chuàng)建線程的方式獨立處理客戶機通信，提高視頻傳輸?shù)膶崟r性。視頻數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸，實質(zhì)依賴于服務(wù)器中的傳輸線程，服務(wù)器的操作以建立相應的線程實現(xiàn)服務(wù)為目的，這種服務(wù)模式非常適合復雜的多任務(wù)請求。從計算機操作系統(tǒng)運行的角度來說，在典型的單處理器主機上，任務(wù)實際上并不是同時執(zhí)行的。內(nèi)

4、核中稱為調(diào)度程序的部分將工作換進換出，從而讓所有工作都獲得一輪執(zhí)行。在同一個時間間隔內(nèi)，并發(fā)模型常?；谑录木幊虒崿F(xiàn)。通常情況下，線程數(shù)量取決于應用程序的特定需要，理想情況下線程數(shù)量與處理器數(shù)量相當為好，雖然線程數(shù)量無法保證傳輸質(zhì)量，但線程太少又會造成傳輸效率低，特別是用戶數(shù)量較多的情況下更為明顯。從視頻應用來說，影響視頻傳輸性能的根本原因在于視頻數(shù)據(jù)的連續(xù)傳送和用戶提交給服務(wù)器的請求無法及時響應，超過了網(wǎng)絡(luò)資源節(jié)點容量或服務(wù)器的處理能力。這樣就造成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包時延增加、丟棄概率增大、上層應用系統(tǒng)性能下降等。主要表現(xiàn)在以下幾方面：⑴并發(fā)連接數(shù)決定系統(tǒng)內(nèi)存資源的消

5、耗，并與CPU的處理能力密切相關(guān)。⑵視頻服務(wù)要求服務(wù)器盡快地把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，盡量減少對連接請求的處理延遲，以免服務(wù)請求的重發(fā)和丟失。⑶物理鏈路的實際承載能力也影響并發(fā)連接的處理能力。根據(jù)香農(nóng)信息理論，任何信道帶寬最大值即信道容量:C=Blog2(1+S/N)（N為信道白噪聲的平均功率，S為信源節(jié)點的平均功率,B為信道帶寬）。所有信源節(jié)點發(fā)送的速率R必須小于或等于信道容量C。如果R>C，則在理論上無差錯傳輸就是不可能的，所以服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié)處會形成傳輸瓶頸。⑷交換機或路由器的處理能力弱：如果路由器的CPU在執(zhí)行排隊緩存、更新路由表等功能時，處理速度無法與高速

6、鏈路匹配，就會造成服務(wù)失效。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和用戶數(shù)的激增，數(shù)據(jù)流傳輸更趨于頻繁，線程數(shù)量不可能無限制增加。如果服務(wù)器和客戶之間沒有緩沖余地必然會出現(xiàn)丟棄數(shù)據(jù)包的情況。當數(shù)據(jù)包丟棄時，源節(jié)點端會超時、重傳該包。由于沒有得到確認，源節(jié)點端只能保留數(shù)據(jù)包，結(jié)果緩存會進一步消耗。因此，采用合理的算法與機制,按需分配傳輸線程占用的網(wǎng)絡(luò)資源對于網(wǎng)絡(luò)傳輸至關(guān)重要。值得指出的是，帶寬保證是視頻實時傳輸?shù)幕A(chǔ)，帶寬如果完全均分，每個站點都得到總帶寬的1/n（設(shè)存在n個站點），顯然不能適應實際的帶寬需求；因此，有必要根據(jù)重要性、實時性分配帶寬使用的優(yōu)先級，利用“流控技術(shù)”達到帶寬管理

7、的有效性、確保并發(fā)任務(wù)的順利實施。采用單播、廣播和組播可以減輕服務(wù)器負擔，也能提高并發(fā)數(shù)。組播的多點投遞方式，使所有機器能夠接收每個分組的同一拷貝減少了資源浪費。而常規(guī)的點對點通信方式下，N個視頻站點的視頻傳輸至少要重復發(fā)送N-1次相同的數(shù)據(jù)包，發(fā)送時延大，而且隨著播放站點數(shù)量增長，時延就會迅速增長，這樣就不能適應要求短時延的多點視頻傳輸。1.3基于實時傳輸?shù)膮f(xié)議機制由于TCP需要較多的開銷，它的重傳機制和擁塞控制機制（CongestionControlMechanism）不可避免地產(chǎn)生了傳輸延時和占用了較多的網(wǎng)絡(luò)帶寬，故不適合傳輸實時視頻音頻。在視