基于WSP協(xié)同的視頻副本緩存策略研究.pdf

1、視頻點播服務(wù)(VoD)的迅猛發(fā)展帶來了巨大的帶寬開銷，在2012年，全球視頻流量已經(jīng)占到了整個互聯(lián)網(wǎng)流量的57％。隨著無線技術(shù)的飛速發(fā)展，大量3G，4G用戶對VoD服務(wù)的需求更加加劇了核心帶寬資源的需求危機(jī)。為了應(yīng)對無線用戶對VoD服務(wù)的不斷需求，無線服務(wù)提供商(WSP)開始在移動交換中心(MSC)上部署高速緩存(Cache)，以求提高用戶體驗，降低骨干網(wǎng)帶寬消耗。研究該場景下各WSP的cache策略，不僅有助于提高cache命中率，同

2、時也對降低服務(wù)器負(fù)載、節(jié)省WSP對骨干網(wǎng)的帶寬消耗、提高服務(wù)質(zhì)量有著重要的指導(dǎo)意義。
　　本文首先分析了新浪無線視頻用戶的基本統(tǒng)計特征，研究了新浪無線視頻用戶的觀影行為。通過研究用戶行為，不僅可以了解無線用戶對視頻的需求情況和用戶的觀影模式，還可以對WSP的cache策略提供重要的參考價值。通過從多角度分析用戶的觀影行為，包括用戶每天的觀影模式，用戶活躍度，視頻流行度分布以及視頻流行度變化頻率等情況，發(fā)現(xiàn)流行度排在前10％的視頻帶

3、來了80％的流量，雖然無線視頻每天的流行度變化比較巨大，但是最熱門的視頻（如前10名）流行度每天變化都很穩(wěn)定。這些結(jié)果都說明WSP在MSC部署cache，通過緩存熱門視頻，可以有效將視頻帶來的流量限制在WSP內(nèi)部，以此降低WSP與骨干網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信流量，為WSP節(jié)省成本的同時提高用戶體驗。
　　其次，本文以各WSP內(nèi)部的各個MSC各自緩存本地最流行的視頻作為基本cache策略。然后提出了基于WSP協(xié)同的視頻副本緩存策略，于是本文的研

4、究的重點就是如何決定各WSP內(nèi)部MSC緩存哪些視頻，能夠使WSP與骨干網(wǎng)的流量最小，即WSP成本最小。通過對該問題建模，將其抽象為了整數(shù)(0-1)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，并假設(shè)了兩種場景:場景一:WSP間不合作僅內(nèi)部各MSC合作;場景二:WSP間以及WSP內(nèi)部各MSC也合作的。并通過分支定界法求得了最優(yōu)解。發(fā)現(xiàn)場景一下的cache策略與基本cache策略相比，能夠為WSP節(jié)省77.17％的成本。而針對場景二，在實驗了多組WSP網(wǎng)間結(jié)算成本后，證

5、明了場景二下的cache策略要比場景一的cache策略更能為WSP節(jié)省總成本。
　　最后，由于所提的整數(shù)(0-1)規(guī)劃模型是NP-hard的，對于求解36個MSC的數(shù)據(jù)集的最優(yōu)解需要3小時13分鐘，無法在實際中投入使用，于是本文提出了時間開銷更小的啟發(fā)式算法。并通過提出了兩種方案來對啟發(fā)式算法改進(jìn)，使得該算法在時間開銷上遠(yuǎn)小于最優(yōu)解，同時，與基本cache策略相比，能夠為WSP節(jié)省68.28％的成本。不僅提升效果明顯，而且時間開銷