多媒体云计算平台关键技术研究

侯峰

摘要：随着科学技术的迅猛发展，多媒体服务中应用云计算技术将成为今后发展的必然。但是由于多媒体云计算平台关键技术的研究还存在着一些技术问题，导致多媒体云计算的普及应用还存在着较大的现实差距。本文首先会对云计算技术和近年来新近涌出的各种新型媒体业务进行简要阐述，然后再分析多媒体云计算平台存在的技术问题，并对一些关键问题提出一些建议，希望会对我国多媒体云计算平台的建设提供些许帮助。

关键词：多媒体业务；云计算平台研究

一、云计算出现的背景及其基本概念

1、云计算的发展

云计算是一种信息技术的新概念于2007年被提出，因为其具有极大的创新性所以自其出现之日起就受到了广大业内人士的关注。云计算具有覆盖范围广、概念牵扯大等特点，在现今的整个IT行业中，这都是无可比拟的。就云计算发展的具体动向而言，在平台和基础架构层面，包括Microsoft、Amazon、Google、Cisco、EMC、IBM、Oracle、Intel、阿里巴巴、中国移动、华为、百度等，都先后发布了具有各自鲜明特色的云计算平台产品与解决方案；在云技术的应用层面，关于“云”的基础设施正处于飞速发展之中，涌现出的新互联网应用、服务与商业模式等也在积极地与云计算技术相融合，以期获得更大的市场潜力，为用户提供更细致贴心的服务。总的来看，云计算以其巨大的潜力无论在研究领域还是在应用领域都受到了广泛的追捧。

2、我国云计算技术的发展

自云计算技术出现之日起就受到了我国企业与相关研究机构的重视，经过不断的研究与探索，现在我国国内的云计算计算已经取得了长足的发展。我国云计算产业的规模在近几年不断的扩大，目前，我国已经有多家公司进入了云计算领域，相应的研究工作也做得十分充分，这些企业中既有以中国移动为代表的传统电信运营商，也有以华为为代表的传统电信设备商，还有以阿里巴巴和百度为代表的我国新型互联网企业和以金山、瑞星、奇虎360为代表的安全公司等。这些公司针对不同的业务层面，从不同角度对云计算技术进行研究，开发出了极具特色的产品。

3、云计算的概念

关于云计算定义众说纷纭，目前，美国国家标准与技术研究院（NIST）关于云计算的定义得到了最多的支持，其定义如下：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。由此定义中可以看出云计算是一种具有可靠性高、大规模、按需服务、访问迅速、费用低廉、使用便捷的新型计算机技术。

二、新型多媒体业务的发展

随着Web技术的不断发展，Web2.0和Web3.0的兴起，互联网上的多媒体信息被广大用户所接受。与此同时的是众多针对多媒体内容的特定服务，例如，多媒体信息的共享、编辑、检索、广告等业务也在不断兴起。为了能够给用户提供更多的多媒体信息的相关服务，多媒体计算也越来越为人们所重视。下面，笔者就将对部分新型多媒体业务以及在多媒体业务中应用云计算技术的必要性进行介绍。

1、地理位置信息服务

地理位置信息服务（Geographic Information Service，GIS）是在地理位置信息系统的基础上实现的，地理信息系统经过40年的发展，已经得到了极其广泛的应用。并且随着移动互联网的迅速发展，地理信息服务已经被赋予了新的表现形式，用户可以通过互联网终端实时的获得位置信息并可接受特色推送，例如，可了解用户所在地点的商店、餐厅、旅馆等位置信息。由此可见如今的地理位置信息服务需要对海量数据进行处理，而且由于加入了用户的个性化数据，并需要考虑社会网络等多维信息，地理位置信息服务的后台数据量已经不仅仅只是原来简单的坐标和地名，所以，它的使用面和可扩展性极高，云计算由于在理论上有着无限计算和存储资源，将是十分合适的承载该服务的平台[1]。

2、基于内容的图像检索

基于内容的图像检索（Content Based Image Retrieval，CBIR）指的是直接通过图像内容作为检索的查询条件来对图像信息进行查询的技术。虽然目前CBIR技术的实现仍然存在着较大的问题，但是不能否认的是不久的将来CBIR技术的应用一定会取得重大进展。那么如何在较短的时间内完成查询图片与图像库中图片的特征匹配，并在尽可能短的时间内给用户搜索结果就成为了一个问题，但云计算使这成为可能。

3、增强现实

增强现实（Augmented Reality，AR）是目前众多顶尖科研院所所研究的热点之一，虽然它的大规模普及尚未进行，但这也是迟早之事。AR也被称为混合现实，指的是将虚拟信息应用到真实世界，并将两者叠加之后，使真实和虚拟的物体共同的展示在同一画面或空间之中，它可以为用户提供超出真实生活环境之外的更多信息，是目前研究的热点。而云计算技术同样可以为其提供数据处理方面的支持，使它可以被早日普及。

4、使用云计算部署多媒体业务的必要性

新型多媒体业务与移动互联网的不断发展，势必会引起人们生活的巨大变革，而云计算技术则因为与其的高度契合性，势必将会得到更多的关注，将云计算技术应用在多媒体业务中将是十分必要的。

（1）多媒体业务的计算密集特征

首先，多媒体业务需要大量的计算资源，具有计算密集的特征。多媒体业务涉及着图像、图形、音视频的计算，而且多媒体业务还对实时性有着较高要求，所以这就需要大量的计算资源，而云计算是与这一需求吻合的。

（2）Web技术的发展

随着Web技术的发展，Web2.0和Web3.0得到了广泛的使用，多媒体服务的使用用户有了大规模的增长。并且由于Web理念的升级，特别是Web3.0中将整个互联网作为一个大的泛型数据库的理念，使多媒体服务的用户群体和数据量产生了巨大膨胀，这就需要云计算来对这些数据量进行处理。

（3）移动互联网的发展

移动互联网技术的发展，使得多媒体服务得到了广泛的异构终端（特别是手机）的支持，此种趋势之下，任何时间、任何地点都能享受到高质量的服务，已经成为了多媒体业务不断发展的一个要求。而云计算强大的后端处理能力则使“瘦终端”等理念得到了完美执行，因此云计算技术已经成为移动互联网发展的必要要素。

三、云计算中部署多媒体业务面临的问题

笔者对目前新型多媒体业务和主流云计算平台进行实际体验和分析后发现，目前，云计算在多媒体服务部署中还存在着较多的问题，但总的来说主要体现在性能和安全这两方面。从性能方面来说，首先是基础设施支持上的不足，现今的云计算产品大都关注CPU计算与存储这两个方面，但是由于数据中心服务器的地理位置与硬件所限（如没有GPU），很多多媒体应用的需求得不到满足，甚至无法在数据中心上部署；异构终端对云计算的网络性能带来的挑战，现在的大多数互联网业务都将目标对准了移动终端，使得移动终端上的多媒体应用也对云计算平台提出了新的要求；分级服务与用户体验之间的矛盾，根据用户等级提供分级服务，是云服务，也是多媒体应用的特点，但是这却与用户体验存在着矛盾。从安全方面分析，则主要是现有的云计算平台中还是缺乏针对保护实时数据安全的技术，由于云计算与传统的网络技术存在着很大的区别，所以针对传统网络攻击的应对手段不适用于多媒体应用之中。

四、多媒体云计算平台的网络构架设计

本节中笔者将结合传统网络技术对多媒体云计算平台网络架构进行了设计。

1、多媒体云计算平台网络架构相关技术

（1）内容分发网络CDN

CDN的工作原理是：接收用户请求后，对用户的就近性与检验，然后以理论上最高效的方式向用户传递内容，此种分发网络的核心组件包括：内容管理、负载均衡、分布式存储、网络请求响应等。

（2）分布式散列表DHT

DHT最初是被应用于研究P2P文件系统的一种技术，在它的基本系统中每个文件都与一个关键值所对应（用哈希算法计算的K值），而且每个文件也会根据其关键值在网络中选择与该值更加相似的节点集合进行保存，在获取文件时，将查询请求消息提交到DHT网络中，消息不断地逐层转发，接近并最终到达负责存储K值的节点，由该节点负责将数据传回。

（3）缓存技术

多媒体业务的迅猛发展导致传统web中的缓存策略已经不再适用，需要采用不同的缓存策略，例如，可采取主动缓存的策略。要针对不同业务对缓存进度进行调控，对缓存资源进行合理分配。

2、网络拓扑结构的设计

笔者设计的是一种无中心的拓扑结构，与传统技术相比能够有效解决网络中的单点失效问题。在新设计的云计算平台拓扑结构中，传统结构中的原始内容服务器和分发服务器被在网络中位于不同位置的子云（是指同一地理位置区域的服务器群）所取代。此种网络拓扑结构可以有效的解决单点失效问题，并且由于服务的部署、发布、管理都是无中心的，若某个服务节点出现问题，可以用它节点进行替换，所以这也可有效解决内容发布的延时问题。

3、代理缓存框架

代理服务器的一项重要功能就是缓存，通过对用户经常访问的资源进行缓冲，可以极大的提高用户访问互联网的速度，避免用户时间的浪费。代理缓存框架设计的主要思想是，在常规缓存策略的基础上，通过智能感知具体的服务内容对服务效果进行有针对性的选择，以此来改进服务质量。

五、流量控制的定义及功能

当前多媒体云计算平台流量控制技术存在着诸多不足，为此笔者结合相关资料在此提倡一种基于结构的流水线模式，该模式消除了锁结构并实现了并行化运行，从而提高了HTB算法的性能。其基本思路是将入队与出队分别安置到多核处理器的不同核心上，并按照流水线模式运行，由此实现HTB任务入队与出队的并行化分解。例如在enque和deque的双核处理器中，双核之间分别完成入队和出队操作并使用无锁FIFO结构的数据队列进行连接。这表明无锁FIFO是连接enque和deque的桥梁。采用该结构后，FIFO结构对所有节点中的数据包队列进行了取代。而且由于无锁FIFO队列不需要进行加、解锁的操作，所以在访问它们所有的CPU的时间将会大大缩减，突破传统HTB中的有锁化与并行化的两个限制。实验显示，此算法在处理能力与平稳性方面的优势突出，极大的提升了流量控制的处理能力[2]。

包括计算机技术在内的科学技术的不断发展，大大丰富便利了人们的生活，也为社会发展带来了活力。基于云计算的多媒体业务的发展，极大的改变了人们的生活方式，可以预见将来一定会有更多的多媒体业务将与云计算技术相融合，相关工作者，一定要认清到这种趋势，开拓进取，争取为我国多媒体云计算平台事业的发展贡献出自己的一份力量。（作者单位：河南财政税务高等专科学校）

参考文献：

[1]李铮.多媒体云计算平台关键技术研究[D].中国科学技术大学，2011.

[2]谌丽.基于云计算的CDN平台研究及其缓存技术探索[D].华南理工大学，2012.