基于流行度的流媒體代理緩存替換算法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù),多媒體技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及人們對流媒體信息需求的增加,流媒體系統(tǒng)已經(jīng)在因特網(wǎng)上開始了現(xiàn)大規(guī)模地應(yīng)用?？墒橇髅襟w傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、高寬帶性等特點(diǎn)使得傳統(tǒng)方式(C/S結(jié)構(gòu))的流媒體無法滿足大規(guī)模運(yùn)用的需求。于是,產(chǎn)生了基于代理緩存的CDN(ContentDistilbutionNetwork,內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò))流媒體系統(tǒng)來解決流媒體的發(fā)展瓶頸問題。在CDN流媒體系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)資源和服務(wù)器資源也隨著用戶的增加也變得十分緊張,因此如

2、何節(jié)約系統(tǒng)資源已成為流媒體研究的主要方向。而替換算法的優(yōu)劣直接影響了流媒體系統(tǒng)中代理緩存的空間利用率,緩存命中率和用戶訪問延遲時(shí)間等性能,因此替換算法的優(yōu)化也成為了節(jié)約系統(tǒng)資源的主要研究方向。
　　 本文分析了流媒體代理緩存替換算法的研究現(xiàn)狀,闡述了流媒體的相關(guān)知識(shí)和各種緩存替換算法的基本思想,特別指出了傳統(tǒng)的最小效用替換算法的兩個(gè)不足之處:一是對流媒體節(jié)目的流行度沒有給予相應(yīng)的重視;二是在具有Zipf分布的流媒體系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的

3、最小效用算法并沒有結(jié)合節(jié)目的zipf分布規(guī)律。論文著重討論了流媒體對象的時(shí)間流行度、最小效用函數(shù)和流媒體節(jié)目的zipf分布問題,從而提出了兩種更加適合流媒體代理緩存系統(tǒng)的替換算法:SCU-PNK(SmallestCacheUtility-K)算法和SCU-PN算法。具體工作如下:
　　 1.SCU-PNK算法是一種基于流行度的最小效用算法。它的基本思想是為所有媒體對象建立一個(gè)與媒體對象未來流行度和媒體節(jié)目字節(jié)有用性成正比,與流媒

4、體對象大小成反比的效用函數(shù)。當(dāng)發(fā)生替換時(shí),則將具有最小效用值的流媒體對象替換出代理緩存。這是一種綜合了流媒體對象時(shí)間流行度與最小效用函數(shù)之間優(yōu)點(diǎn)的替換算法。實(shí)驗(yàn)表明:SCU-PNK算法比LRU算法、LFU算法和SCU-PFUT算法擁有更短的訪問延遲時(shí)間和更高的緩存命中率。
　　 2.SCU-PN算法也是一種基于流行度的最小效用算法。不同點(diǎn)在于,SCU-PN算法是在SCU-PNK算法的基礎(chǔ)上,綜合了Zipf分布。大量的統(tǒng)計(jì)研究表明

5、:很多流媒體系統(tǒng)的節(jié)目點(diǎn)播服從Zipf分布,因此SCU-PN算法就是在最小效用函數(shù)中利用Zipf分布來代替點(diǎn)播概率參數(shù),如此替換算法將更加的符合實(shí)際情況。實(shí)驗(yàn)表明:在Zipf分布的流媒體系統(tǒng)中,SCU-PN算法要比SCU-PNK算法在緩存命中率和訪問延遲方面具有更高的性能。
　　 在CDN流媒體系統(tǒng)中,代理緩存替換算法的主要作用就是讓代理服務(wù)器以有限的空間來盡量緩存人們將來最經(jīng)常訪問的媒體對象,而流行度和點(diǎn)播Zipf分布規(guī)律則在