互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容分發(fā)優(yōu)化問題研究.pdf

1、隨著Internet上多媒體應(yīng)用的流行和網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提供商(Internet Content Provider，ICP)面對(duì)的是海量用戶的海量內(nèi)容服務(wù)需求。這使得以傳統(tǒng)Client/Server架構(gòu)形式構(gòu)建的互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)面臨的問題日益突出，即服務(wù)器端的服務(wù)能力和其接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬已成為系統(tǒng)擴(kuò)展性能和服務(wù)性能的瓶頸。形勢(shì)的發(fā)展迫切需要新的技術(shù)來有效解決互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)的這些瓶頸問題。 在此背景下，兩種新型的互

2、聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容分發(fā)架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。一種是從客戶角度出發(fā)，側(cè)重于以眾多客戶端互相協(xié)作的方法來解決內(nèi)容服務(wù)問題的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)（Peer-To-Peer Networks，P2P）。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)就是客戶端之間是直接共享資源的，這也是提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性，解決網(wǎng)絡(luò)帶寬被吞噬的關(guān)鍵所在，其核心技術(shù)就是分布式資源對(duì)象的定位機(jī)制。另一種則是從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容提供商的角度出發(fā)，構(gòu)建專用的商用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Networks，CDN），來提

3、高內(nèi)容服務(wù)的質(zhì)量。CDN可以將要分發(fā)的內(nèi)容推送到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，從而減少了核心網(wǎng)流量，并提高了用戶的訪問速度。目前關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容分發(fā)的相關(guān)研究中還有很多挑戰(zhàn)性的問題，許多算法設(shè)計(jì)還有很大的優(yōu)化空間，尤其是最優(yōu)化理論和技術(shù)尚未能被普遍利用。 本文的工作圍繞互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容分發(fā)的優(yōu)化控制研究這一中心思想展開，涉及到：無結(jié)構(gòu)分布式P2P網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)化的資源查詢算法的設(shè)計(jì)，CDN網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容分發(fā)策略的可滿足實(shí)時(shí)調(diào)度要求的、最優(yōu)化的建模及模型求解，P

4、2P網(wǎng)絡(luò)與CDN網(wǎng)絡(luò)的相聯(lián)合進(jìn)行優(yōu)化等幾個(gè)方面。 本文取得的成果包括如下幾個(gè)方面： (1)在分析無結(jié)構(gòu)分布式P2P網(wǎng)絡(luò)中已有的各種資源查詢算法缺陷的基礎(chǔ)上，提出一種新穎的選擇性動(dòng)態(tài)查詢算法。該算法通過應(yīng)用最優(yōu)化原理，確定了最小的整數(shù)的傳播跳數(shù)和其對(duì)應(yīng)的泛洪鄰居子集，使得算法性能在流量控制水平上能達(dá)到動(dòng)態(tài)查詢算法相似的最高控制水平，對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)延還能接近于擴(kuò)展環(huán)算法相似的最低時(shí)延。通過大量的在不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?nèi)容分布等場(chǎng)景下的

5、仿真證明，該算法在絕大部分情況下都是最優(yōu)的資源查詢協(xié)議。 (2)針對(duì)CDN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容分發(fā)策略中存在的實(shí)時(shí)在線調(diào)度需求與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型卻無法實(shí)時(shí)求解的矛盾，設(shè)計(jì)出了一個(gè)可行的內(nèi)容分發(fā)策略建?？蚣?。該框架綜合采用系統(tǒng)級(jí)的組織規(guī)劃，引入層次型模型建模，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化等措施，極大的減小了問題的計(jì)算規(guī)模，滿足實(shí)時(shí)調(diào)度的需求。應(yīng)用此框架對(duì)一個(gè)實(shí)際CDN網(wǎng)絡(luò)流媒體業(yè)務(wù)調(diào)度需求進(jìn)行了建模和求解。 (3)當(dāng)前BitTorrent類P2P業(yè)

6、務(wù)的實(shí)現(xiàn)均忽略底層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，?dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)接入提供商（Internet Service Provider，ISP）的核心網(wǎng)和不同接入提供商間接口上會(huì)產(chǎn)生大量不必要流量。針對(duì)這個(gè)問題，本文考慮到P2P業(yè)務(wù)存在本地相關(guān)性，引入節(jié)點(diǎn)的地域信息和CDN網(wǎng)絡(luò)對(duì)于P2P網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作能力，提出基于接入提供商的增強(qiáng)型鄰居選擇算法和基于CDN協(xié)作協(xié)議的鄰居選擇算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這兩個(gè)算法都可以極大的減小接入提供商核心網(wǎng)流量和接入提供商間的流量。 本