3VOD系统建模与排队分析.PDF

华 中科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 3 VOD系统建模与排队分析 基于Unicast单播的VOD系统是最为基本最为简单的视频点播系统，木文的 研究中将这种模式简称为UVOD.UVOD系统就是指 个单一的 “服务台”为 个单一的用户服务的系统，这里的 “服务台”实质L是系统提供给用户的一个视 频节目所占用的传输通道、1/0带宽、CPU与存储资源的总体。 本章将排队论的基本原理引入VOD系统理论模型的建立，较为全面和系统 化的描述和分析了UVOD系统的到达、等待、阻塞、吞吐量等基本问题，这是 VOD重要的理论基础。它对实际的VOD系统设计与性能分析有着重要的应川价 值。 3.1 引言 二十世纪初，丹麦数学家A.K.Er[ang在它的著名论文,6i}中第 个川统计学 方法研究电话系统的话务性能，创建了近代排队论。A_I一年代初期英国人堪道 (D.G.Kendall)有系统地M述I排队问题，并且利用嵌入i尔，1]夫链的方法推动 了排队论的进一步发展，堪道的两篇重要论文分别发表于 195、年和 1953年 6[2]6[31.Cohen的巨著[641极为详细地对单一服务台系统的各种变化进行了分析， Kleinrock的著作[65]讨论排队论在早期计算机以及计算机网络方而的应用。 排队论本身除了是数学的一个分支之外，更重要的还是它在许多实际问题L 可以给我们提供较好的解答，它有各种名称，如业务量(话务量)理论、排队论、 阻塞理论、大量业务(服务)理论以及随机服务系统的理论。它帮助我们改造或者 设计一个人们所期望的服务系统。然而什么是 “所期望”的呢，这个问题囚人、 因事、因物而异，但主要是决定于系统木身提供服务的日的。一个VOD多媒体 通信系统要求较高的使用率以降低单位分摊的成本且能降低系统阻塞的概率， 排队论在现代电话交换机系统的设计和分析中取得了巨人的成功，卜J时也足 在电话通信应用的过程中排队论本身也得到了发展。理沦推动实践，实践发展理 论。根据VOD系统业务原型与排队现象的相似性，本文将排队论的基本原理引入 VOD的研究，先从最为简单的UVOD系统出发，提出了可应用于多媒体通信的排队 论的一些基本概念，然后分析M/M/1,M,M/N/N,M/M/n/oo,M/M/n/m1411队系统 性能。 以VOD为核心的多媒体通信系统端到端的时延是用厂’能够体验到的 种网络 性能，用户呼叫 (点播请求)等待响应的时间是网络性能的重要量度。当然，等 待时间取决于视频服务器、网络交换能力、传输带宽资源等等因素。本章的研究 目的是将它们进行抽象来建立一个应用于VOD系统的排队模型。 VOD技术的关键之一是视频信息的传输问题，它的传输分发方式主要有两种: 飞3 华 中科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 单点播放 (Unicast)和多点组播(Multicast),。多点组播在大规模VOD应用中 具有极为重要的意义，它能提供共享视频流的方法，从而大大提高系统资源和网 络带宽的利用率，有关MVOD的情况将在后面的章节中有较为详细的研究，本 文在此重点研究UVOD系统。 VOD技术毕竟是一个随着信息高速公路的建设和发展而新兴的系统I程，它 的实现和有效运作涉及到技术、市场、管理等诸多方面的影响。从技术角度来f, 它是现代电影、电视、·电脑以及电讯多媒体通信技术的综合，自‘的实现涉及微电 子技术、视频压缩与编码技术、传输技术、视频制作’。存储技术、服务器」支术、 多媒体数据库技术、用户接入网技术、随机服务系统排队调度理论等等技术的发 展和应用。这些技术中绝大部分并非因为VOD技术本身而存在，只是VOD技术 的发展离不开它们，同时也随着它们本身的发展而发展。在VOD技术发展到今 天短短不到 10年的时间内，它在取得 匕速发展的同时依然存钧，诸多小尽人意之 处。最为明显的一点就是VOD本身缺乏系统的理论基础，尤其是对其具有重人 指导意义的理论体系。目前，VOD在很大程度上局限于随其它相关技术的发展而 前进。毕竟，作为人类影视娱乐方面的 一场跨世纪的技术节命，缺乏完赘的理论 基础是难于维持其高速度的可持续发展的。 尽管人们在VOD系统理论模型建立方面已经进行了一些卓有成效的1一作， 然而它依然有着进一步完善、丰富、深入和拓展的必要，这是本研究的工作秉点。 本文的研究客观深入地分析了真实VOD系统的工作模型及其业务特性，从理论