VBR流媒體分塊與I-O調度研究.pdf

1、多媒體技術的發(fā)展讓越來越多的用戶體驗到了信息社會的服務，網(wǎng)絡帶寬的不斷提速、視頻編碼技術的不斷發(fā)展、多媒體服務器技術在不斷革新，企業(yè)、個人都能在網(wǎng)絡上有更好的多媒體視頻的體驗。目前的主流編碼技術均采用了可變比特率碼流（VBR），但是目前多媒體服務器技術的研究對于可變比特率的視頻流量的預測有一定的局限性，特別是長程相關性偏差很大，這樣會導致流媒體服務器負載出現(xiàn)劇烈波動，丟幀嚴重，影響服務質量，流媒體服務器媒體文件沒有根據(jù)碼流的不同而選擇不

2、同的陣列參數(shù)，會造成額外的開銷，降低服務器的性能，流媒體的I/O調度與合并策略并沒有根據(jù)流媒體碼率的特性進行優(yōu)化。我們將從以下三個方面著手，對流媒體服務器針對VBR視頻進行了優(yōu)化。
　　 首先引入分數(shù)自回歸滑動平均模型來對多媒體視頻流量進行建模，通過對當前流量的分析，特別是針對VBR視頻流的短程相關性和長程相關性進行建模，分析出下一個時間段流量的數(shù)據(jù)。通過研究發(fā)現(xiàn)，VBR 視頻流具有良好的短程相關性和長程相關性。傳統(tǒng)的時間序列分

3、析常用來描述短程相關性，而描述長程相關性需要引入自相似，因為VBR視頻流存在自相似性和長程相關性，時間序列分析無法進行精確地建模，所以利用FARIMA模型（分數(shù)自回歸滑動平均模型）來描述長程相關性。
　　 通過ARMA模型引出要研究的FARIMA模型，并重點對FARIMA(p,d,q)和Hurst 參數(shù)進行了研究。通過對參數(shù)的定義的估計，并驗證模型，如果以秒為1/24秒為單位，在下一個單位時間里流量預測誤差不超過1％，獲得了良好

4、的效果，實現(xiàn)了對VBR視頻流的流量的預測。
　　 引入一種新的磁盤空間分配方法——Vmage-MS，即基于VBR 流媒體條帶的分配方法，磁盤空間采用大塊分配，固定大小的Mage，Mage的大小比一個最大流請求在某個磁盤上讀取的數(shù)據(jù)大小還要大，Mage的大小由多媒體文件的碼流確定。如果存儲系統(tǒng)是用到了RAID 磁盤陣列，則利用軟件RAID的技術將整個陣列劃分為多個虛擬的存儲設備，每個虛擬的存儲設備的Mage大小將根據(jù)流媒體的碼流最

5、大值決定。CBR和VBR 碼流在時間特性上區(qū)別很大，VBR的碼流不穩(wěn)定，可以通過前面的FARIMA模型進行預測，獲得流媒體碼流的最大值?；贛age的分配方法和先前的研究一個基本區(qū)別是Mage是可變的。更重要的是，當一個流媒體被點播時，僅所需要的數(shù)據(jù)被預取到內存中，而不是整個Mage，這些數(shù)據(jù)順序分配在磁盤表面上?；贛age的分配方法的另一個優(yōu)點是讀取期間可以估計磁盤訪問開銷的上限。
　　 因為每輪中一個流請求的大小不會超過M

6、age的大小，同一個訪問周期中，最多只有兩個Mage服務于同一個流請求，避免了傳統(tǒng)分配方法的缺陷——大量的數(shù)據(jù)復制，實驗證明，基于Vmage-MS的磁盤空間分配策略在保證流媒體服務器的服務質量的同時，可以很好地利用到磁盤的I/O帶寬。
　　 提出了針對VBR流媒體優(yōu)化的I/O調度策略——VFC。本策略是通過FARIMA建模和系統(tǒng)管理控制模塊對各個流媒體文件的訪問管理，獲得服務器上的各個流媒體文件訪問頻度，利用I/O合并思想，以M

7、age 為單位讀取磁盤上的媒體文件，根據(jù)FARIMA模型預測出后續(xù)的時間單位上流媒體文件的訪問流量，結合FCFS（先到先服務）和C-SCAN 調度思想，定義了VFC，如果某個媒體文件后續(xù)的流量比較大，則將這個請求優(yōu)先處理，讓各請求的等待時間更加平均，系統(tǒng)管理模塊可以對調度策略進行配置，選擇VFC，F(xiàn)CFS或者C-SCAN 調度策略，同時系統(tǒng)預留了其他調度策略的接口。在仿真測試中，通過與FCFS和C-SCAN 常用調度算法相比，特別是VB