分布式多媒体系统报告(傅晓玲)

分布式多媒体系统

姓名: 傅晓玲

学号：1531720

班级：计算机一班

此次报告的主题为“分布式多媒体系统”，内容主要分两个部分。第一部分是对分布式多媒体系统进行一个简要的介绍，第二部分主要讲的是服务质量管理。

1 简介

随着计算机网络技术、通信技术的高速发展，分布式系统的应用越来越广泛。分布式多媒体系统的成功开发与应用，使得分布式系统更加多彩多姿，同时为多媒体技术表现其特有的迷人魅力提供了更为宽阔的舞台。

如图-1所示是一个分布式多媒体录播系统正在对两间会议室内的多路可视信号及声音的同步组合录制，可以将讲演者的PPT内容和现场的图像声音清晰完整的同步录制下来。

图-1:分布式多媒体录播系统

1.1 分布式多媒体系统概念

尽管分布式多媒体系统的应用已经非常普遍，但是至今仍然没有给出一个统一的定义。我们可以初步地认为，分布式多媒体系统是指能够实现多媒体功能的分布式系统。

分布式多媒体系统集计算机的交互性、网络通信的分布性、多媒体信息表示的综合性于一体，能够提供诸如多媒体信息检索与查询、视频会议系统、多媒体电子邮件、多媒体文档交换、计算机支持协同工作、多媒体点播服务系统、远程计算机辅助教学等多种服务。

1.2 分布式多媒体系统的基本特征

分布式多媒体系统集分布式系统与多媒体系统于一身，除了具有分布式系统固有的特征之外，还具有以下非常典型的基本特征：

1）媒体综合性

分布式多媒体系统不仅能够处理单一媒体，还可以将多种媒体整合在一起，形成一个集音频、视频、文本于一体的完善的综合性系统. 具有媒体综合性的特征，充分地发挥多媒体的优点，极大地提高了多媒体的应用效率，有效地拓宽了分布式系统的应用领域。

2）时间依赖性

多媒体应用需要处理的数据中，音频和视频信息都属于时基媒体，需要系统实时地进行处理。

另外，分布式多媒体应用的交互性也给系统带来实时性的要求。这种实时性要求体现在对端到端延迟、延迟抖动等指标必须符合一定

的量化标准。各种媒体之间的同步问题也同样对分布式多媒体系统提出了严格的要求。

3）数据突发性

由于多媒体数据都需要先压缩后再进行传输，而压缩后的数据流量与待压缩数据的序列有关，因此发生数据流量随时间发生变化的现象。

2 服务质量管理

这里将首先讨论一下为什么会有服务质量管理的存在。

当多媒体应用程序运行在由个人计算机组成的网络上时，它们需要对用程序所在的工作站（处理器周期，主线周期，缓冲区容量）和网络（物理传输连接，交换机，网关）上的资源进行竞争。工作站和网络可能同时支持多个多媒体程序和传统应用程序。在多媒体应用程序和传统应用程序之间有竞争，在不同的多媒体应用程序之间甚至在单个应用程序的多媒体数据流之间都可能有竞争。在多任务操作系统和共享网络中，用于不同任务的物力资源是可以并发使用的。在多任务操作系统中，中央处理器执行每一个任务（或进程），或者按轮流方式，或者在当前竞争处理器资源的任务中采用某种以尽力而为为进出的处理资源的调度方案。当对资源的需求增加时，它们将资源更稀疏的分配给每个竞争资源的任务。

为了实现及时传递，应用程序要保证在需要的时候将被分配到必要的资源，那么为了提供这一保证而进行的资源管理和分配被称为

服务质量管理。负责分配和调度资源，用来保证所要求的资源的系统组件称为服务质量管理器。

服务质量管理的整体流程，如图-2所示。应用程序向QoS管理器提出自己的资源需求，QoS管理器根据包含可用资源和当前被使用资源信息的数据库来评估满足这些需求的可行性,然后它给应用程序一个肯定或者否定的答复。如果答复是否定的,那么应用程序会被重新配置以便使用更小的资源，然后再重复以上过程。

如果资源评估的结果是肯定的，则预留被请求的资源，同时应用程序获得一个资源契约，用于说明被预留使用的资源。该契约包含了一个时间限制。然后，应用程序就可以运行了。如果应用程序的资源需求发生了变化:必须通知QoS管理器。如果资源需求减少了：被释放的资源将被加入到数据库中作为可用资源。如果资源需求增加了:开始新一轮的协商和许可控制。

图-2：QoS管理器的任务

接下来详细介绍服务质量管理的两大模块：服务质量协商和许可

控制。

2.1 服务质量协商

为了在应用程序和底层系统之间进行QoS协商，应用程序必须向QoS管理器说明自己的QoS需求。这是通过传递一个参数集实现的。当处理和传输多媒体流时，有三个参数是首要关心的，它们是带宽，延迟和丢失率。

（1）带宽：多媒体流或者组件的带宽是指数据流过的速度。

（2）延迟：延迟是指单个数据元素通过流从源端移动到目的端的所需的时间。

（3）丢失率：因为迟到的多媒体数据是没有价值的，当不可能在预定的数据传递时间之前传输到目的端时，数据元素将被丢掉。

这三个参数的作用一是描述特定环境中多媒体流的特点，二是描述用于传输数据流的资源的容量。

服务质量协商主要分为四个模块：为数据流设定QoS参数，流量调整，流规约，协商过程。

2.1.1 为数据流设定QoS参数

QoS参数的值可以显示的给出，也可以隐式的给出。但是更常见的情况是我们需要指定一个值和一个允许变化的范围。这里我们将讨论一下对每个参数的需求。

带宽:大多数视频压缩技术根据原始视频数据的内容不同，生成

的帧数据流的大小也不同。因此，经常以最大值，平均值和最小值三种类型的值来表示QoS参数，选择哪种参数依赖于当前使用哪种QoS 管理制度。

延迟：设定延迟的原因主要有三个。一是多媒体中的一些时序需求来源于数据流本身。二是另一种延迟需求来源于应用程序环境.关系到多媒体消息传递时间的第三种情况是抖动—传递两个相邻帧的时间间隔的变化。

丢失率：通常，丢失率来源于对缓冲区溢出和延迟消息的概率统计。丢失率参数规约需要确定达到某个程度的数据丢失的时间间隔，在无穷长时间间隔内的丢失率是没有用的。

2.1.2 流量调整

流量调整是用来描述使用输出缓冲来使数据元素流平滑这一方法的术语。

多媒体流的带宽参数通常提供在数据流传输时对实际流量模式的理想化近似。实际的流量模式越匹配这一描述，系统就能越好的处理流量，特别是在系统使用为周期性请求设计的调度方法时，这一特点就会越明显。

2.1.3 流规约

QoS参数的集合通常被称为流规约。在互联网RFC1363中，流规约被定义为11个16位的数字值，它以下面的方式反映上面讨论的

QoS参数（如图-3所示）：

1最大传输单元和最大传输率决定数据流所需要的最大带宽

2令牌桶大小和速率决定数据的爆发量

3通过应用程序可以发现的最小延迟和其可接受的最大抖动来描述延迟特性。

4通过在某一时间间隔内可接受的丢失总数和最大可接受的连续丢失数目来定义丢失特征。

还有许多表示每个参数组的方法。如果要支持的应用程序的数据流是有限的，定义一个离散的QoS类集合就可能足够了。所有系统组件必须隐式的知道所有这些类的需求。对某一混合流量情况而言，系统也可以被配置。

图-3：RFC 1363的流规约

2.1.4 协商过程

对分布式多媒体应用程序而言，一个数据流的组件很可能位于几个节点上。在每个节点上有一个QoS管理器。进行QoS协商的最直接的办法是跟随从源端到目的端的数据流。

这种简单的协商方法可以满足多种目的，但是它没有考虑到在不同的节点上开始的并发QoS协商之间可能会发生冲突。需要一个分布式事务型的QoS才能形成对这个问题的一个彻底的解决方案。

通常由系统决定给应用程序提供什么样的QoS需求，并让应用程序来决定它是否可以被接受。

2.2 许可控制

许可控制管理对资源的访问，以避免资源过载，并防止资源接收不可能实现的请求。一个许可控制方案是基于整个系统容量和每个应用程序产生的负载这两方面的知识的。

如果所有的资源只由一个分配器控制，那么许可控制是非常简单的。如果资源访问分布在不同节点上，那么可以使用一个集中式许可控制实体。

接下来分两个模块介绍许可控制：带宽预留和统计的多路技术.

2.2.1 带宽预留

保证多媒体流某一QoS级别的一个常用方法是预留一部分的资源带宽，以便由它独占使用。

为了任一时刻满足数据流的需求，需要为它预留最大带宽。这是给应用程序提供有保障QoS的唯一可能的方法—至少不会发生灾难性的系统故障，在应用程序不能适应不同级别的QoS或者当其质量下降使应用程序不可用的情况下，可以使用这种方法。

基于最大需求的预留是非常简单的：当控制访问一个带宽为B的网络时，仅当∑b(s)≦B时，带宽为b(s)的多媒体数据流s才能允许访问。

2.2.2 统计的多路技术

因为系统中可能存在潜在的未被利用的资源。而一些保证技术仅在某一（通常很高的）概率下有效，这些保证经常被称为统计保证或者软保证，它与前面介绍的确定性保证或硬保证技术不同。因为不考虑最坏的情况，所以统计保证技术可以提供更好的资源利用率。但是如果仅依据最小或者平均需求来分配资源，那么瞬时的高峰负载可能会导致服务质量下降;应用程序必须能处理这样的服务质量下降。

基于这样一个假设：对大量数据流来说，虽然单个数据流可能会发生变化，但是这些数据流需要的总带宽相对比较稳定。它假设当一个数据流发送大量的数据时，就有可能有另一个数据流发送较小的数据量，这样总带宽需求保持平衡。当然这只是数据流之间无关联的情况。

3 总结

多媒体应用程序需要新的系统机制以保证它们能够处理大量的时间相关数据。这些机制最重要的一点就是服务管理。服务质量管理处理应用程序提出的QoS请求，这一请求指定了多媒体流可接受的带宽，延迟和丢失率，它执行许可控制，决定是否有足够的未预留资源来满足新的请求并在必要时与应用程序进行协商。一旦系统接受了应用程序的QoS请求，其资源就被预留，同时系统给应用程序发送一个保证信息。

以上便是我这次报告的全部内容，通过学习，我对分布式多媒体系统又有了一个全面的认识，而且最重要的一个收获是掌握了服务质量管理的整个流程。