基于FMS的高清视频服务器的研究
- 格式：doc
- 大小：20.00 KB
- 文档页数：4
龙源期刊网
基于FMS的高清视频服务器的研究
作者：马 骏 郭文明 张 海
来源：《电脑知识与技术》2010年第01期
摘要:在当今网络视频发展的过程中。高清视频,多用户,大并发流是视频点播发展的必然趋势。该文从分析flash media server系统入手,提出了一种应用于高校内部高速网的高清视频服务的设计方案,并对该系统的体系机构和各个组成部分进行了改进,重点是针对用户的VCR操作,视频文件的内热度等。对视频文件进行分盘分区分段存储。从而大幅度降低了服务拒绝率,减少了用户等待时间[1]。
关键词:FMS;视频服务器;VCR;内热度
中图分类号:TP316文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)01-210-02
A Research on High-definition Video Server Based on FMS
MA Jun, GUO Wen-ming, ZHANG Hai
(Southern Medical University, Network Center, Guangzhou 510515, China)
Abstract:In today's network video development process. High-definition video, multi-user, large
concurrent flow is an inevitable trend of the development of video on demand. By analyzing the flash
media server systems start, presents a high-speed network used in colleges and universities within the
design of high-definition video services, and the system architectures and components has been
improved, focus is on the user's VCR action , video files and other internal heat. The video file is
stored sub-sub-disk partition. Thus greatly reducing the rate of denial of service, reducing user waiting
time.
Key words:FMS; video services; VCR; internal heat
随着计算机和网络技术的进步,用户对网络视频服务的要求和视频质量也越来越高。视频服务器和网络的压力也不断的增加。传统的软件视频系统的开发设计到的数据编码,通讯技术,服务端客户端环境构建等因素。开发成本和工作量巨大。传统的视频点播系统主要分为集中式和p2p,集中式往往使用单一服务器,随着用户连接人数的增加会出现相应率低,播放不流畅甚至不能播放的现象,存在最大并发的限制,网路扩容和升级冗余备份上村在缺陷,并且大型专用服务器成本较高。而P2P方式针对直播效果优秀但应用于点播存在不足。Flash Media Server(FMS)是adobe公司推出的开发流媒体的服务器软件。具有良好的客户端操作环境,具备跨平台,实时响应,分布式多层架构等特点。而这些应用仅要求客户端具备浏览器搭配Flash Player。已经普及到了绝大多数互联网终端,并且越来越多的移动设备也开始支持。
1 传统视频点播系统 龙源期刊网
目前来说传统的VOD视频点播系统主要有三部分组成:服务器,传输网络和用户。根绝服务器在网络中的连接方式由分为集中是存储,分层式存储和分布式存储[2]。集中式存储是最原始的一种结构,它仅仅由一台或者多台服务器构成一个中心服务器,对视频文件的存储和向用户提供点播服务的任务全部集中在中心服务器上。在分层式存储中,服务器连接成树型结构。核心服务在中心,每个节点服务器都存放着上一层服务器中的视频数据。并向上一层服务器提供服务。只有当用户请求的视频不在节点服务器上,上一层服务器才通过节点服务器和用户提供服务。分布式存储结构层次上只分为中心服务器和本地服务器,中心服务器上存储着所有数据,而你本地服务器类似的存放着中心服务器的数据子集。中心服务器主要起到本地服务器管理以及视频文件存储分配的作用。这样的结构很好的解决了集中式存储和分层式存储瓶颈问题和存储空间浪费以及相应时间过长等问题。因此本文将分布式存储的模型应用在了FMS的体系结构中。从系统设计和实现的角度分析视频文件如何在服务器中进行分配以及如何存储等一些关键性问题。
2 FMS分布式系统体系结构
高清视频服务器的主要存在瓶颈为带宽和磁盘I/O,磁盘的I/O 在用户大并发操作下性能下降非常快,服务拒绝率升高和用户等待时间延长是主要体现。针对视频服务器的点播特点,此高清视频服务器体系结构为三层架构,分发层(balance),负载缓冲层(Edge),数据应用层(Origin)。所有的视频数据文件全部保存在Origin中。Origin可由一台或多台构成,并做全冗余备份。负载缓冲层(Edge)由多台构成,主要作用是缓存用户所请求的视频文件,缓存容量大小可根据实际情况进行设定。
第一个用户播放请求首先到达分发层(balance)。分发层(balance)通过策略判断旗下负载缓冲层(Edge)的负载,并将负载低的负载缓冲层(Edge)判断后通知数据应用层(Origin),数据应用层(Origin)将视频数据发送给此台负载缓冲层(Edge)。当下一个用户请求是同一个视频文件时,则直接由负载缓冲层(Edge)中的cache数据发送给用户。减轻数据应用层(Origin)的负载压力。根据Zipf 定理可知,10%-20%的视频文件吸引了80%-90%的用户观看,Edge缓冲层则cache了高用户点击率的视频文件。数据应用层(Origin)的负载压力将大大减轻,并且负载缓冲层(Edge)和数据应用层(Origin)均可动态增加。但高并发用户时,Origin视频数据服务器压力还是比较大。在这个基础上,我们提出从内部优化Origin磁盘存储策略,采用分盘分段存储的方法,突破性能瓶颈。
3 分盘分段存储与内热度
对于流媒体点播服务器来说,服务拒绝率是衡量其性能优劣的重要指标指标。服务拒绝率标志着服务器提供服务的能力,拒绝率越高服务能力则越小,可以服务的用户就越少。
假设服务器中包含一个支持N条流的磁盘,且盘内存储一个播出时长为T的视频文件,用户随机请求服务,服务市场为T1.假设第i个用户的请求时刻为ti,i=1,2…,则前N个用户发出请求后便能立刻得到服务。若在第N+1和用户请求前,第一个用户服务已完毕,则n+T≤tn+1,则第龙源期刊网
N+1个请求可以马上得到相应;否则,即n+T>tn+1,(tn,n+T)时间区间内的请求被拒绝n+T后,第一个用户离去,系统响应新的请求。假设用户的请求的到达形成一个泊松流,则流媒体服务的拒绝率表示为
ρ1 = 被拒绝数/总访问数 = (λ*被拒绝时间)/(λ*总访问时间) = (t1+T-tn)/(t1+t) = (1/λ+T-n/λ)/(1/λ+T)
= (1+λ*T-N)/(1+λ*T) = 1-N/(1+λ*T)(1)
即T增大,ρ1增大;T减小,ρ1减小。因此要减小用户被拒绝率,必须减小T。
假设流媒体服务器存储由K个盘组成,每个盘存储一个不同的视频文件,其中第i个视频文件的时间长为Ti,被申请服务的概率为ri,i=1,2,...,
在多盘存储中再将流媒体数据分段存储,若分为k段,并分别存在不同的磁盘内,假设第i段的时长为T(i),i=1,2,…,k,则损失率为
当T(i)=T(i+1)=T/k时,i=1,2…,k-1.则(3)式 (4)
假设第一个请求在0时刻到达,t→0,流媒体接受率从N/(1+λ*T)上升到N/(1+λ*T/K),则接受率提高了k倍。
根据Zipf定律和计算表明,流媒体点播系统的特点是仅10%-20%的节目吸引了多达80%-90%的观众。也就是说。绝大部分点播概率集中在少数的热门节目上。将这些点播率高的文件分布存储在不同的服务器上,在不同的服务器中由再分散存储在各个磁盘中。由(1)可知,要减小拒绝率,必须减小T。由(2)可知,要减小损失率,必须减小对ri值大的ti,将那些请求次数多的视频数据分盘存储到各个盘中。能够明显减小视频点播系统的服务拒绝率,提高服务器的吞吐能力,增强了系统的整体性能。起到了优化的效果。
和不同的视频具有不同的点播概率相同,同一部视频的不同分段被观看的概率也是不同的。很多情况下,用户观看一部视频并不会从开始一直观看到结尾,很多用户在中途就中断了点播,所以,视频文件的开头部分的点播概率会高出结尾部分很多。这种同一个视频文件的不同分块的点播概率差异称之为内热度。传统的分盘分段存储消除了视频外部的热度差的同时,也带来了新的负载均衡问题。传统的分盘分段存储将导致视频开头分块将承担较多。而后段部分负载较轻。当用户请求大并发时,系统运行效率下降也很快。
所以我们在分盘分段的存储策略上进行了相关改进。一个视频文件分成若干大小的块,交错循环的存储到一组硬盘上。若k0为第一个块安置的磁盘号,则第i块存放应存放在第k个磁盘上,k=k0-1+imodK)modK,其中k∈{0,….,K-1｝,K为磁盘数目。如上图所示,此种方法可以有效龙源期刊网
的解决内热度的负载不均衡问题。当磁盘的数目增加时,其总的输出带宽也增加。支持的用户数理论上应线性递增。
4 性能分析
本研究实现了2个Origin和4个Edge总共6台PC服务器,在此试验中表明文中所采用的方案是一种高效能的解决方案. 我们以提供400部3000Kbps的MPEG4视频流服务为目标,origin上采用1T的sata硬盘块,edge采用500G的sata硬盘。4G内存,双核CPU,1000M以太网出口,选择周末晚上7点左右用户高点击率的时候进行测试。并在用户端选择任意一个接受检测质量。通过实验数据表明。服务器各个分盘大致均衡了用户的点击请求(图3),数据应用层(Origin)负荷稳定(图4)。
服务器轻松通过400个用户的并发高清点播请求。随机选择视频文件进行VCR操作用户等待时间大幅缩短。测试服务器cpu与内存负载不高,并可增加更多的点击量。有效的突破了传统视频服务器的性能瓶颈。
