【摘要】：隨著云技術(shù)的迅猛發(fā)展,基于云的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用極大豐富。擁有超大規(guī)模用戶群的P2P文件共享與發(fā)布應(yīng)用如文件下載、流媒體和在線游戲發(fā)布等,也開始向云平臺(tái)遷移,形成了云協(xié)助文件共享與發(fā)布系統(tǒng)。 P2P模式與云服務(wù)模式的結(jié)合,賦予了文件共享與發(fā)布系統(tǒng)眾多新特性,例如,可周期性改變系統(tǒng)的云帶寬租用量,提供下載預(yù)約功能,為用戶下載過程同時(shí)提供節(jié)點(diǎn)輔助和云協(xié)助兩種加速方式,可短期租用云資源以應(yīng)對(duì)新資源發(fā)布初期瞬間激增的下載請(qǐng)求,等等。在新模式新特性的驅(qū)動(dòng)下,對(duì)文件共享與發(fā)布系統(tǒng)性能優(yōu)化及成本節(jié)約策略的研究,面臨著一系列亟待解決的問題： 第一,P2P與云協(xié)助模式的結(jié)合,能否提升文件共享與發(fā)布系統(tǒng)的性能?系統(tǒng)需要承擔(dān)多大的云資源租用開銷?影響系統(tǒng)成本的關(guān)鍵因素有哪些?對(duì)大規(guī)模實(shí)用系統(tǒng)展開測(cè)量,以解答上述疑問,是云協(xié)助文件共享與發(fā)布系統(tǒng)優(yōu)化策略研究急需解決的問題；其次,云協(xié)助服務(wù)模式下的系統(tǒng),每隔一段周期可以調(diào)整云帶寬的租用量,如何使租用量與系統(tǒng)實(shí)際的帶寬需求相匹配,從而在保障QoS的同時(shí),降低云資源消耗量,是系統(tǒng)優(yōu)化策略研究中的重要問題。第三,云協(xié)助服務(wù)模式支持下載預(yù)約功能,且為用戶的下載過程同時(shí)提供節(jié)點(diǎn)加速和云加速,如何基于此新特性,提出高效的網(wǎng)絡(luò)緩存策略,是系統(tǒng)優(yōu)化策略研究中的又一關(guān)鍵問題。第四,在熱門新資源發(fā)布初期,下載請(qǐng)求瞬間激增,這種flash crowd現(xiàn)象對(duì)云流量的消耗極大,如何基于短期租用云資源時(shí)的付費(fèi)特征,提出云協(xié)助文件發(fā)布過程的成本節(jié)約策略,是系統(tǒng)優(yōu)化策略研究的又一重要問題。 此外,在云協(xié)助服務(wù)模式下,主要承載文件共享與發(fā)布應(yīng)用的,實(shí)際上是分布式云平臺(tái)。如何結(jié)合主營(yíng)業(yè)務(wù)的特性,研究云平臺(tái)的成本最小化部署問題,得出分布式云計(jì)算存儲(chǔ)資源的最優(yōu)部署位置及數(shù)量,也是系統(tǒng)性能優(yōu)化策略研究的關(guān)鍵問題,具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 針對(duì)上述重要問題,本文展開了全面而深入的研究,主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)針對(duì)測(cè)量研究實(shí)用云協(xié)助文件共享與發(fā)布系統(tǒng)的工作較為匱乏這一問題,本文對(duì)其典型代表——QQ旋風(fēng)離線下載系統(tǒng),展開大規(guī)模測(cè)量,根據(jù)系統(tǒng)的服務(wù)特性,設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集的主要參量。測(cè)量結(jié)果表明,云協(xié)助模式解決了原有P2P系統(tǒng)無法保障文件可用性,以及無法保障用戶高速下載這兩大缺陷。分析結(jié)果還揭示了影響用戶下載過程云帶寬消耗量的關(guān)鍵因素。為系統(tǒng)優(yōu)化打下了基礎(chǔ)。 (2)針對(duì)現(xiàn)有的服務(wù)器帶寬分配策略不適用于云帶寬租用量可變的服務(wù)模式這一問題,結(jié)合測(cè)量得出的下載過程云帶寬消耗量主要影響因素,即文件熱度、下載啟動(dòng)時(shí)段和用戶網(wǎng)絡(luò)連接類型,本文提出了自適應(yīng)的云帶寬租用和分配策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該策略在保障服務(wù)質(zhì)量的同時(shí),大幅削減了離線下載系統(tǒng)的云帶寬消耗量。 (3)針對(duì)支持下載預(yù)約功能,以及同時(shí)提供節(jié)點(diǎn)加速和云加速的服務(wù)特性,本文研究了適用于云協(xié)助離線下載系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)緩存方案,提出了在ISP域內(nèi)同時(shí)部署P2P超級(jí)節(jié)點(diǎn)和緩存云延伸節(jié)點(diǎn)的互補(bǔ)式緩存策略。P2P超級(jí)節(jié)點(diǎn)根據(jù)域內(nèi)P2P網(wǎng)絡(luò)中的文件緊缺程度決定緩存對(duì)象,以增強(qiáng)域內(nèi)P2P網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力。緩存云延伸節(jié)點(diǎn)根據(jù)域內(nèi)用戶下載預(yù)約量決定緩存對(duì)象,且無需緩存P2P超級(jí)節(jié)點(diǎn)中已有的文件,以分擔(dān)域內(nèi)下載請(qǐng)求對(duì)云帶寬的需求量。部署后3個(gè)月的實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)表明,互補(bǔ)式緩存策略能夠?qū)崿F(xiàn)降低系統(tǒng)云帶寬消耗量、提升用戶下載速度、削減ISP跨域流量開銷的“三贏”目標(biāo)。 (4)針對(duì)熱門文件發(fā)布初期。大規(guī)模flash crowd下系統(tǒng)的云資源租用開銷過大這一問題,本文首先建立了游戲發(fā)布系統(tǒng)的Fluid模型。并借助模型推導(dǎo)了系統(tǒng)的云資源占用時(shí)長(zhǎng)和云流量開銷。然后通過示例分析,發(fā)現(xiàn)大小文件同時(shí)發(fā)布時(shí),系統(tǒng)因無法充分利用用戶的上傳能力,導(dǎo)致云資源租用開銷遠(yuǎn)高于理論下界。為此,我們提出了文件塊主動(dòng)推送方案,把節(jié)點(diǎn)上傳帶寬不足的文件分塊推送給有富余上傳能力的“幫忙節(jié)點(diǎn)”。最后我們求解最優(yōu)化問題得出了最優(yōu)推送策略,并通過效果評(píng)估,揭示了推送策略能使云資源租用開銷大幅降低且接近理論下界。 (5)針對(duì)承載了眾多熱門網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分布式云系統(tǒng)的成本最小化部署問題。本文在揭示了4類主要成本元素之后,基于不改變成本特性的抽象化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),建立了分布式云系統(tǒng)的通用成本模型。然后,針對(duì)主營(yíng)應(yīng)用特性不同的三類典型云系統(tǒng),分別構(gòu)建了最優(yōu)化問題,并相應(yīng)地求解得出了分布式計(jì)算存儲(chǔ)資源的最佳部署位置,以及最優(yōu)數(shù)量。最后,通過討論揭示了研究成果的實(shí)際指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP393.02

【參考文獻(xiàn)】

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1 張敏;基于應(yīng)用層和傳輸層的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量分析研究[D];北京交通大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：2530877