基于价格的流媒体接纳控制机制研究与实现

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从网络上获取音频、视频等连续媒体数据,并即时播放,已经成为当前实时多媒体应用的发展趋势之一,支持这样一种应用模式的相关技术称为流媒体技术。随着流媒体服务的普及,可以预见,以流媒体和文本、图像等相结合的多媒体内容将是今后互联网主要的传输对象。如何保证流媒体服务的QoS正在成为越来越重要的研究热点。对于服务提供商来说,需要考虑如何将有限的资源以适当的方式,分配给合适的用户,尽可能发挥其应有的价值,提高用户的满意度。作为一种能有效保证QoS的手段,接纳控制(Admission Control)在流媒体服务中被广泛采用。但当前流媒体服务器端所采用的接纳控制忽视了资源对用户的价值,系统会默认资源对不同用户的价值都是相同的,因而也就不能实现系统资源的最优分配,用户的满意度也会下降。近年来,采用经济学的理论和方法,对网络资源分配问题进行分析和研究,受到研究人员的普遍关注。 论文从当前为保证流媒体服务质量,流媒体服务器端所采用的接纳控制机制和面临的局限入手,分析了经济学方法应用于流媒体服务器端接纳控制的必要性和可行性,并针对RTSP流媒体应用的特点进行深入的研究,尝试将接纳控制和价格机制相结合,以实现整个系统资源使用最优化和用户满意度最大化。具体来说,论文的主要研究和实现工作如下: (1)介绍了流媒体技术的发展和现状,如流媒体系统的组成、流媒体对象的内在属性及其主要实现技术,阐明了接纳控制在流媒体资源管理中所扮演的重要角色。从流媒体系统传输和用户访问行为这两个方面对流媒体系统进行了研究和分析,尝试结合流媒体系统的特性研究接纳控制。通过分析流媒体服务器的工作流程,指出影响其性能的相关因素,为原型系统的实现提供基础。 (2)阐述了经济学在网络资源分配中的作用,尝试利用相关的经济学原理,如预算约束、效用、用户需求等,研究网络资源分配和服务定价机制。提出了价格机制的基本实现方案。对现有的定价策略,如静态定价策略和动态定价策略,进行了比较全面的对比和分析,并在此基础上总结定价策略的设计原则。 (3)针对所研究的流媒体系统,在连接一级实施了基于价格的接纳控制,将连接阻塞率和活动连接时长作为优化的目标,考察了用户连接请求随机到达时的连接价格确定问题,只有当用户愿付价格高于系统确定的允许接入价格,用户的连接请求才有可能被接入,并提出在连接阻塞率不高于某个阈值的情况下,使得单位连接时长最大化的价格调整算法。随后利用MATLAB仿真平台对该算法进行了测试。测试结果表明,采用价格机制后,有限的系统资源得到了合理的分配,提高了用户的满意度。 (4)根据提出的价格机制基本实现方案,实现了基于价格的流媒体接纳控制的原型系统,该原型系统基于代理服务器的系统体系结构。对RTSP协议进行扩展,使价格信息的协商与传递嵌入在RTSP的交互过程中。同时针对用户的媒体访问特征,在原型系统中实现用户预览功能。随后对原型系统进行了测试。测试结果表明,原型系统中的各个模块均能正常工作,当用户连接请求到达时,系统能正确的实施接纳控制机制。 实验表明,本文所提出的基于价格的流媒体接纳控制机制,有效的实现了系统资源使用最优化和用户满意度最大化。我们认为,将经济学的理论和方法应用于网络资源的分配问题中,有助于从理论上明确网络资源分配的目标和要求,进而讨有效的资源分配实现机制,为资源分配问题提供了一种新的、有益、可行的思路。
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