混合结构视频网格服务能力与系统稳定性研究

The video grid with hybrid architecture is suited on the western region of China where lacking development, because it provides video services using client resources so as to the path of video data streaming was shortened and the architecture was expanded and the capacity was enhanced. However, it is too hard to calculate the system service capacity and to determine the system stability for these clients have large diversity performance and random actions of joining or exiting the system. The model of video grid with hybrid architecture will be established in the project by referring the method for analysing the complex system used in control subject. The service capacity and the system stability of the video grid with hybrid architecture will be investigated quantificationally through its dynamic running processes is simulated in microcosmic form. The variational rules of the service capacity and system stability will be gotten following the parameters change like on-line user quantity, film hot degree, service ratio of client, failure ratio of node, et al. Therefore, the mathematic model will be brought to calculate the system service capacity and to determine the system stability for the video grid with hybrid architecture, after the model was revised through the experimental platform and real system of the video grid. Based on the mathematic model, the resource scheduler, the node amount, the node sites to deploy will be optimized to enhance the service capacity of the video grid. This study offers a new method to analyse the complex system which based on the Internet platform, needs a great deal resources and high real time response.

混合结构视频网格利用客户端主机资源为其他用户提供视频服务，缩短了视频数据流的传输路径，扩展了系统结构，增强了系统的服务能力，适合在西部欠发达地区推广应用。但是，由于客户端主机性能差异较大且经常随意加入或者退出系统，给系统服务能力计算和稳定性的判定带来很大的困难。本项目借鉴控制领域对复杂系统分析的方法，建立混合结构视频网格模型。通过对混合结构视频网格动态运行的微观仿真，以定量形式对系统服务能力和稳定性问题进行深入研究，得到系统服务能力和稳定性随在线用户数量、影片热度、客户端服务贡献量、节点失效率等参数变化而改变的规律，并结合试验平台和实际运行系统的校正，提出计算混合结构视频网格服务能力和系统状态稳定性的数学模型。在此基础上，对系统中的资源调度策略与节点数量和地点部署进行优化，以提高系统服务能力。本项目的研究对运行在互联网平台之上，资源需求高，实时性要求强的复杂系统的研究提供了一种新的思路。

随着互联网技术的发展和网络基础设施的不断完善，视频已经成为互联网络传输的主要内容；另外，智能手机、平板电脑、智能电视等新兴视频终端普及和WiFi、3G、4G 等无线网络技术的快速发展，使得人们可以利用便利的便携设备，以无线方式接入互联网观看视频，促进了网络视频的普及。网络视频技术与需求相互促进，进一步确立了视频在互联网传输内容中的重要地位。. 混合结构视频网格作为网络视频重要的解决方案，以CDN（Content Delivery Network）为基本架构，以具有较高性能的客户端主机为加盟服务器，利用P2P技术共享客户端缓存的视频流数据，充分利用客户端资源，缩短视频数据流的传输路径，拓展系统结构，增强系统服务能力。. 本项目立足于混合结构视频网格中存在的客户端主机性能差异大、经常随意加入或者退出系统，给系统资源感知、节点状态采集、资源调度、服务能力计算和稳定性的判定带来的困难。借鉴控制领域对复杂系统分析的方法，利用多方法建模与仿真软件AnyLogic为工具，建立了混合结构视频网格动态运行模型，通过对混合结构视频网格动态运行的微观与中观仿真，对系统服务能力和稳定性进行了深入研究，得到了系统服务能力和稳定性在系统中专用服务器资源固定前提下，随在线用户数量、影片热度、加盟服务器服务贡献量、P2P方式服务器贡献量、节点失效率、系统盈余服务能力等参数变化而改变的规律。并利用开源软件FFMpeg(Fast Forward Mpeg)搭建实验平台，在实验平台的辅助与指引下，验证模型的有效性和模型参数的取值。引入FCM（Fuzzy Cognitive Map）计算客户端服务贡献量，加速了计算过程，克服了由于客户端的多样性给服务贡献计算带来的困难。在以上基础上，利用优化平台XPress-MP对系统中的资源调度策略与普通节点服务贡献量进行优化，提高了系统服务能力与健壮性。. 本项目的研究成果可应用在具有复杂运行环境，资源需求高，节点既竞争又协作，参数众多、实时性强的动态系统中。