基于云计算的新型移动社交电视

Srilatha Pavuluri¹和S.Sravani²还有卡迪亚拉·拉玛娜^3.

印度安得拉邦阿南塔普尔，Chiranjeevi Reddy理工学院CSE系研究生
印度安得拉邦阿南塔普尔的Chiranjeevi Reddy理工学院CSE系助理教授
印度安得拉邦拉詹佩特市安纳马查里亚技术与科学学院信息技术系助理教授

摘要

云计算现在被认为是包括移动计算在内的许多领域的主要指挥托管平台。近年来，在移动设备硬件和软件发展的推动下，出现了一些移动电视系统。通过委托通信云作为一项规定，移动电视变得熟悉流，旨在帮助各种应用程序。我们希望CloudMoV能够毫不费力地利用敏捷的资源支持，以及基础设施即服务云和平台即服务云所提供的丰富功能。基于云的新型社交电视系统，在贡献便携用户的方向上实现了两个最重要的功能消费，如用户通过社交互动激发频繁好友共同观看可比视频，以及在检查时替换文本交流。该系统能够实现一个重要的节能，通过机会性地切换设备在高功率和低功率传输模式在整个流。

关键字

转码器，移动客户端，网关

介绍

智能手机的快速革新是将PDA(个人数字助理)、数码相机、媒体播放器和GPS导航单元等移动设备的功能与笔记本电脑的功能结合起来，包括网页浏览、Wi-Fi、多微处理器核心、第三方应用程序和千兆字节随机存取内存。如今最流行的智能手机是由谷歌的Android和苹果的iOS以及广泛部署的3G宽带蜂窝网络驱动的。云计算是指通过互联网交付计算资源。云服务允许企业和个人在远程位置使用由第三方管理的硬件和软件。移动用户利用VM技术在附近的cloudlet[6]上快速实例化定制服务软件。air[10]是将智能手机应用程序迁移到云端的框架。虽然已经出现了许多媒体和移动社交应用，但真正被大众接受的破坏者仍然受到现有有线技术和移动设备的限制，其中不稳定的无线连接和电池续航时间是一个挑战。现在，每一个智能手机用户都需要最快的技术，比如3G, Wi-Fi来快速上网和聊天。这些技术更侧重于具有挑战性的场景，如实时视频流和在线游戏，用于社交应用程序和电子邮件。

最近推出了许多移动社交或媒体应用程序，但最受欢迎的应用程序，如Twitter和Facebook，在用户中有很大的需求。但目前的移动和无线技术存在一些局限性，其中连接带宽不稳定和电池寿命不稳定是一些问题。云计算提供了低成本、灵活可扩展的资源供应和高效节能的移动通信。云计算可以减少移动应用程序中涉及的计算负载和其他任务。这大大降低了移动设备的电池消耗。cloud - mov有效地利用云计算为用户提供在客厅观看视频的体验，就像用户在家中观看电视一样。在移动社交电视中，移动用户可以从任何流媒体网站(如Vimeo, Ustream,YouTube)导入视频点播或直播，并邀请他们的家人同时观看视频，并在欣赏视频的同时相互聊天。在传统系统中，每个用户使用碟式电视、机顶盒进行数字频道的播出。cloud - mov利用了基础设施即服务(IaaS)云和平台即服务(PaaS)云所提供的敏捷资源支持和功能。因此，它融合了社交意识和朋友之间的共同观看体验。 As opposed to traditional Television watching, mobile social Television is well suited to today’s life style, where family and friends may be separated geographically but hope to share a co-viewing experience. While social Television enabled by set-top boxes over the traditional TV systems is already available for us, it remains a challenge to achieve mobile social Television, where the at the same time as viewing experience with friends is enabled on mobile devices.

本设计达到以下目标。

1.编码的灵活性

2.电池效率

3.SpontaneousSocial交互性

4.可移植性

Cloudmov:架构和设计

作为一种使用云计算(CloudMoV)的新型移动社交电视系统，它为参与的移动用户提供了两个主要功能:(1)通用流媒体:用户可以从他选择的任何视频来源(如电视节目提供商或互联网视频流媒体网站)流媒体直播或点播视频，每次都有针对设备量身定制的编码格式和费率。(2)与社交交流共同观看:用户可以邀请多个好友观看同一视频，并在观看时互发短信。观看同一视频的一群朋友被称为一个会话。发起会话的移动用户是会话的主机。下面介绍CloudMoV的体系结构和各个模块的详细设计。

A.关键模块

图1给出了CloudMoV架构的概述。在IaaS云基础设施中为每个在线移动用户创建代理(即虚拟机(VM)实例)或虚拟机代理。代理充当移动设备和视频源之间的代理，提供转码服务，并对流媒体流量进行分段，以便突发传输给用户。此外，他们还负责及时有效地处理相应用户之间频繁交换的社交信息，保护移动设备免受不必要的流量影响，并实现高效、自发的社交互动。代理通过后端PaaS云交换社交消息，这为系统增加了可伸缩性和健壮性。CloudMoV中有一个网关服务器，可以跟踪参与的用户及其虚拟机代理，这可以由IaaS云中独立的服务器或虚拟机实现。

CloudMoV的设计主要分为以下几个功能模块。

1.代码转换器:它驻留在每个代理中，并负责动态地决定如何以适当的格式、尺寸和比特率对来自视频源的视频流进行编码。在交付给用户之前，视频流被进一步封装成适当的传输流。在这个实现中，每个视频都被导出为MPEG-2传输流，这是目前在有损介质上传输数字视频和音频流的事实上的标准。

2.整形器:每个代理中的重塑器从转码器接收编码后的传输流，将其切割成段，然后根据移动设备的请求将每个段以突发形式发送给移动设备(即突发传输机制)，以实现设备的最佳功率效率。突发大小，即每次突发的数据量，是根据相应运营商实施的3G技术而慎重决定的。

3.社会云:它构建在任何通用PaaS云服务之上，具有类似bigtable的数据存储，从而产生更好的规模经济，而不会被锁定到任何特定的专有平台。尽管它在谷歌应用程序引擎(GAE)上实现，作为概念证明，我们的原型可以很容易地移植到其他平台。它存储系统中的所有社交数据，包括所有用户的在线状态、现有会话的记录以及每个会话中的消息(邀请和聊天历史)。社会数据被划分为不同的类型，划分为不同的实体(分别类似于传统关系数据库中的表和行)。虚拟机代理不定期查询社交云。

4.信使:它是社交云的客户端，驻留在IaaS云中的每个代理中。Messenger代表移动用户定期向社交云查询社交数据，并以较低的频率将数据预处理为轻量级格式(纯文本文件)。纯文本文件(XML格式)以一种流量友好的方式异步地从代理程序传递给用户，也就是说，很少会产生流量。在相反的方向上，信使通过社交云的数据存储将该用户的消息(邀请和聊天消息)传播给其他用户。

5.同步:代理程序上的同步器保证查看该用户的进度在同一会话中其他用户的时间窗口内(如果用户选择与其他用户同步)。为了实现这一点，同步器定期检索会话主机的当前播放进度，并指示其移动用户调整其播放位置。这样，朋友们就可以享受“坐在一起”的观影体验。与信使通信的设计不同，不同VM代理上的同步器直接相互通信，因为只涉及有限的流量。

6.手机客户端:移动客户端不需要安装任何特定的客户端软件才能使用CloudMoV，只要它有一个兼容HTML5的浏览器(例如，移动Safari, Chrome等)，并支持HTTP Live Streaming协议。大多数最先进的智能手机都广泛支持这两种功能。

7.网关:网关为用户登录CloudMoV系统提供身份验证服务，并将用户凭据存储在已安装的MySQL数据库的永久表中。它还将IaaS云中当前可用虚拟机池的信息存储在另一个内存表中。用户登录成功后，虚拟机代理将从虚拟机池中分配给该用户。内存表用于保证较小的查询延迟，因为虚拟机池会频繁更新，因为网关会根据当前工作负载预留和销毁虚拟机实例。此外，网关还将每个用户的好友列表存储在纯文本文件(XML格式)中，该文件在分配给用户后立即上传到代理程序。

CloudMov中的关键设计如下所述。

A.松散耦合接口

与web服务的精神类似，CloudMov中不同模块之间的接口，即移动用户、虚拟机代理和社交云，都基于HTTP，这是所有互联网连接设备或平台的通用标准。由于用户和基础设施之间的松散耦合，几乎任何移动设备都可以访问CloudMoV服务，只要它安装了HTTP浏览器。IaaS云中提供的VM代理也通过HTTP与PaaS云服务上实现的社交云合作，彼此不了解内部组件和底层技术，这极大地促进了系统的可移植性和易于维护。对于朋友之间的社交消息交换，CloudMoV采用异步通信。所有交换的消息都通过代理路由到社交云，后者在类似bigtable的数据存储中有效地组织和存储大量数据。VM代理经常查询社交云，并将检索到的数据处理为XML文件，供用户稍后以异步方式检索。这样的设计有效地将移动用户从社交云中分离出来，从而极大地简化了架构，而在VM代理上引入的额外延迟是可以忽略的，如第五节所示。

B.流水线视频处理

CloudMoV支持实时内容的实时流媒体和存储内容的按需流媒体。每个代理中的视频处理设计为动态工作，即转码器对视频源进行实时编码，编码后的视频立即送入重塑器进行分割和传输，移动用户在接收到第一个视频片段时就可以开始观看视频。为了支持动态比特率切换，一旦代理程序和移动用户之间的连接速度发生变化，转码器启动多个线程将视频转码为多个比特率。部署代理的IaaS云代表密集作业。

C.突发传输

首先，3G电力状态不同于Wi-Fi，它更类似于LANed互联网接入，3G蜂窝业务受到有限的无线电资源的影响，因此每个用户设备(UE)都需要由无线电资源控制(RRC)状态机来调节。不同的3G运营商可以在各自的蜂窝网络中定制和部署复杂的状态。不同的状态表示分配的无线电资源的不同水平，因此也表示能量消耗的不同水平。第二，传输机制，在CloudMoV中，最大限度地保存移动设备的电池容量，并设计了一个突发传输机制，用于代理程序和设备之间的流。使用HTTP直播流协议，移动设备不时发出对视频流下一段的请求。代理程序将视频分割成片段，并根据这样的请求将每个片段以突发传输的方式发送到移动设备。当移动设备接收一个段时，它在没有任何可接收的情况下工作在高功率状态，它通过中间状态转移到低功率状态，并一直保持在那里，直到下一个突发(段)到来。第三，决定突发大小，即在一个突发中传输的段的大小，需要考虑移动流的特性和状态转换时的能量消耗。

D.虚拟机代理

所有的VM代理都是从Amazon EC2 web服务提供的，并由网关跟踪。为了保证性能，提出了用ANSI C语言实现所有与视频处理相关的任务。

特别地，需要FFmpeg和libav-codec作为基础库来开发虚拟机代理上的转码、分割和重塑模块，还需要一个Tomcat web服务器(6.5版)作为Servlet容器，每个代理上都需要一个文件服务器。一旦VM代理程序接收到来自用户的视频订阅请求，它就会从源URL下载视频，并根据门户收集的设备配置，通过转码和分段来处理视频流。图2显示了我们定制的VM映像中的流结构。

E.社交云中的数据模型

GAE(谷歌Application Engine)主要用作后端数据存储，用于保存CloudMoV的瞬时状态和数据，包括用户在线状态、所有会话中的社交消息(邀请和聊天消息)。使用Jetty作为底层Servlet容器，大多数基于java的应用程序都可以在有限的使用限制下轻松迁移到GAE，在GAE中，部署不强制使用特定于平台的api。GAE提供了它的Java Persistence适配器和一组专有的低级api来映射关系数据。一旦用户登录系统，输入要观看视频的URL，通过将用户在系统中的“用户名”与会话创建时的时间戳相结合，就会为新会话生成一个会话ID(对应于观看该视频)。网关向GAE上运行的Servlet侦听器发送一个HTTP请求，通知它应该添加新加入用户的条目，其中用户的“用户名”作为键，其他信息(订阅视频的URL、会话ID等)作为值。每当用户决定加入由他的朋友邀请的会话时，他的VM代理程序就会切换到下载会话的视频，同时向社交云发送一个HTTP请求，以便将该用户条目中的会话ID更新为新的会话ID。如果用户希望与会话主机同步播放进度，他的虚拟机代理程序将与会话主机同步，以保持播放“currenttime”值(HTML5属性)。

社交云为CloudMoV中的每个现有会话维护一个“Logs”条目，会话ID作为主键，数组列表作为值，对应于此会话中的单个消息。当会话中的用户发布评论时，这条消息首先被发送到他的VM代理，后者通过另一个Servlet侦听器进一步将消息注入社交云。消息作为“message”条目存储在社交云中，消息内容作为值，自动生成的整数作为键。条目“Logs”和“Message”由@OneToMany关系标注，以方便数据管理。同一会话中用户的VM代理定期向社交云发送HTTP查询请求，以获取其他用户的最新评论。检索新注释的默认间隔是10秒。检索到的消息在代理上存储和更新，代理将它们处理为格式良好的XML格式，以便在用户设备上进行高效解析。用户设备以较低的频率(默认间隔1分钟)从代理检索XML文件，以最小化功耗和流量。图3展示了移动用户、他的VM代理和GAE之间的社交消息交换。社交云中的大量条目很快就会过时，因为用户可能会从一个会话切换到另一个会话，退出系统等等，因此每10分钟在后台启动一个cron作业来清除这些过时的条目。 For example, for sessions of which everybody has left, their “Logs” entries and all the associated “Message” entries are deleted in a single transaction.

结论

我们得出的结论是，在效率、及时的社交互动、代码转换和可伸缩性方面，CloudMo V的性能优越。在CloudMoV中，移动用户可以从视频库中获取直播或点播视频，并可以请求他的朋友和家人观看视频，并在享受视频的同时与他们的朋友聊天。在当前的原型中，我们不支持在不同用户的代理之间共享编码流。在未来的工作中，这种共享可以以点对点的方式启用和执行，例如，新加入用户的代理可以直接从其他代理获取转码流，如果它们以新用户想要的格式/比特率编码

数字一览


图1	图2	图3

参考文献

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国际计算机与通信工程创新研究杂志