視頻分發(fā)與緩存協(xié)同優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、在三網(wǎng)融合的大環(huán)境下，服務(wù)和業(yè)務(wù)的種類越來越豐富，其中視頻內(nèi)容的播放服務(wù)是三網(wǎng)融合的重要服務(wù)之一。隨著整個視頻服務(wù)行業(yè)的飛速發(fā)展，視頻內(nèi)容出現(xiàn)了爆炸式的增長。
　　視頻內(nèi)容通過內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，分發(fā)給電視、PC、手機、PAD等內(nèi)容終端。視頻內(nèi)容的快速增長及終端用戶數(shù)量迅猛增加，與此同時基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬發(fā)展相對緩慢，為了保證視頻服務(wù)質(zhì)量，目前主要通過由內(nèi)容分發(fā)和緩存系統(tǒng)組成的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN(Content Delivery Netw

2、ork)，完成視頻內(nèi)容的分發(fā)和緩存。大容量、高并發(fā)的視頻服務(wù)，對視頻分發(fā)、緩存技術(shù)提出了更高要求。視頻內(nèi)容流行度的準確預(yù)測、有效的緩存替換算法以及副本的預(yù)部署算法對CDN的性能有重要影響。
　　本文圍繞三網(wǎng)融合環(huán)境下的視頻內(nèi)容的分發(fā)與緩存關(guān)鍵技術(shù)展開研究工作，重點研究了CDN中視頻流行度的預(yù)測，分布式緩存系統(tǒng)中移動視頻內(nèi)容緩存的替換，以及基于云存儲的CDN中視頻內(nèi)容副本的預(yù)部署等策略。
　　本文的主要工作與成果如下:

3、　　1)針對基于“推”為主的CDN系統(tǒng)中，視頻內(nèi)容的流行度需要人為估計的問題，本文提出了一種利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型對視頻內(nèi)容的流行度進行預(yù)測的方法。在保證用戶體驗不變的前提下，減少后期系統(tǒng)對視頻內(nèi)容副本的調(diào)整，有效減少系統(tǒng)負擔，使CDN邊緣節(jié)點的存儲資源能夠得到更合理的使用。
　　該方法利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)通過對視頻點播數(shù)據(jù)進行知識挖掘，實現(xiàn)對需要分發(fā)到CDN邊緣緩存節(jié)點的視頻內(nèi)容流行度的有效預(yù)測。實驗結(jié)果表明，該方法可對視頻內(nèi)容流行度較為

4、準確的預(yù)測，電影流行度準確率超過80％。
　　2)針對分布式協(xié)同緩存系統(tǒng)中的內(nèi)容替換問題，本文提出了一種基于全局信息的內(nèi)容替換算法。通過理論推導(dǎo)證明了協(xié)同緩存優(yōu)于獨立緩存。
　　協(xié)同緩存系統(tǒng)中現(xiàn)有的局部貪心算法假定文件長度一致，僅考慮局部的內(nèi)容信息?？紤]這兩個不足，本文通過分析移動環(huán)境下視頻的長度分布與流行度分布情況，建立了視頻長度與流行度的分布模型。然后根據(jù)分布模型并結(jié)合緩存系統(tǒng)的自身特點，針對面向移動視頻服務(wù)的分布式緩存

5、系統(tǒng)，本文提出了一種基于全局效用值的緩存替換算法，簡稱VBG算法(Value-Based Global)。VBG算法基于全局信息，同時考慮文件長度。實驗結(jié)果表明，協(xié)同緩存系統(tǒng)在三種不同緩存預(yù)部署策略下，使用VBG算法的系統(tǒng)傳輸代價均低于局部貪心算法，在三組實驗中，局部貪心算法的傳輸開銷最高約是VBG算法的2.5倍。
　　3)面向基于云存儲的CDN視頻內(nèi)容預(yù)部署需求，本文提出了兩種離線的副本部署算法:GUCP算法(Greedy Us

6、er Core Preallocation)和PBP算法(Popularity Based Placement)。
　　GUCP算法利用用戶請求信息，將副本有針對性的部署到云存儲節(jié)點上，將用戶快速的重定向到擁有所需副本內(nèi)容的節(jié)點，從而解決原有GS(Greedy Site)算法可能引起的用戶負載不均問題。實驗結(jié)果表明，GUCP算法在負載均衡方面的性能優(yōu)于GS算法很多。當用戶數(shù)量達1000時，GUCP算法的負載狀況值僅為GS算法的1/

7、8。PBP算法則利用內(nèi)容的流行度計算出副本在系統(tǒng)中所要部署的數(shù)量，將用戶請求重定向到指定云存儲節(jié)點，若該節(jié)點無法提供副本服務(wù)，則從其它節(jié)點復(fù)制副本。對比其它節(jié)點復(fù)制副本的平均調(diào)整時延和調(diào)整費用兩種性能指標，PBP算法比隨機預(yù)部署算法有較大優(yōu)勢。隨著用戶數(shù)量的增加，PBP算法的調(diào)整費用近似趨于隨機算法的1/2，平均調(diào)整時延近似趨于隨機算法的3/4。
　　本文的研究工作及成果，依托于國家863重大項目“新一代高可信網(wǎng)絡(luò)”課題中“新一代