宽带流媒体内容分发算法分析

在流媒体业务的运行中,内容分发网络所应用的算法直接影响着流媒体业务的开展规模和效率,而当前流媒体文件体积通常比较大,需要内容分发网络具有更加优越的性能,所以应合理地选择相应算法来构建内容分发网络,以保证流媒体业务运行效果。基于此,本文详细分析了选择缓存点的树算法、Greedy Algorithm算法、超级优化算法、动态最优缓存选择算法、代理放置算法这几种基础的宽带流媒体内容分发算法,并对上述算法在内容分发网络中的优势作用进行了探讨,从算法应用角度深入研究了流媒体内容分发网络的建设,希望能够为宽带流媒体业务运行效率的发展提供助力。     

内容中心网络中基于多样化存储的缓存污染防御机制

针对内容中心网络(CCN)中的缓存污染攻击问题,提出一种基于多样化存储的缓存污染防御机制。对不同业务内容采取差异化缓存从而减小网络受攻击面,将业务划分为三类并采用不同缓存策略:对隐私及实时性业务不予缓存;对流媒体业务以概率推送至网络边缘缓存;对其他文件类内容业务由上游到边缘逐步推送缓存。在不同节点分别配置不同的缓存污染攻击防御手段:对于边缘节点通过内容请求到达概率的变化对攻击进行检测;对于上游节点通过设置过滤规则将请求概率较低的内容排除出缓存空间。仿真结果表明,相比CNN传统缓存策略下的防御效果,该机制使网络平均缓存命中率提高了17.3%,该机制能够有效提升网络对于缓存污染攻击的防御能力。     

部分缓存算法在流媒体内容分发网络中的应用研究

内容分发网络是互联网中解决响应速度、提高服务质量的一种应用技术，而流媒体内容分发网络是将内容分发网络应用于流媒体传输领域。流媒体内容分发网络中的边缘服务器缓存策略是流媒体内容分发网络的核心。本文深入研究了现有各种缓存策略；在流媒体内容分发网络中，提出了一种部分缓存算法。实践证明，这种部分缓存策略能明显提高流媒体内容分发网络的并发性能、命中率和服务质量等性能。     

用户驱动的流媒体动态分段缓存调度策略

在设计分布式流媒体代理缓存结构时,需要注意的两个主要方面是如何节省网络带宽和提高缓存命中率.基于此,提出了一种动态分段的流媒体代理缓存策略(SDD),该策略结合用户访问的趋势,并考虑不同网络用户的带宽和各媒体之间的差异,真正实现了流媒体对象的动态分段缓存.分析表明该缓存策略能普遍地适用于不同网络的大多数用户,不仅能够提高用户的请求命中率,同时还能提高缓存的利用率.     

基于可重构路由器上缓存的流媒体协作分发策略刍议

基于可重构路由器上缓存的流媒体协作分发目前出现了一种新的策略,用以加速流媒体。主要就是利用网络存储通过多个路由器节点进行合作,对于一些热点的视频数据实现了缓存,能够为范围较小的用户服务,大大降低了流媒体服务器的带宽和性能要求,降低了网络传输流量与用户的相应延迟时间。本文利用新型的原型系统对基于可重构路由器上缓存的流媒体协作分发策略进行性能评价,事实证明这种方法在各个方面都有所提高。     

基于集群的流媒体缓存代理服务器体系结构

提出了基于集群的流媒体缓存代理服务器体系结构，并将基于内容的前端机负载平衡调度策略引入到流媒体缓存代理服务器的架构设计中，对系统设计原理及各组成模块结构和各模块间的消息通信机制进行了详细的分析阐述，主要采用C和C++语言在Linux操作系统下实现了原型系统，通过对原型系统进行测试，表明整个系统设计合理，性能突出，具有良好的稳定性和可扩展性。     

流媒体缓存分散式存储转换方法

在移动网络环境下为了降低访问终端位置变化给流媒体缓存应用效果带来的影响,借鉴分段缓存的思路,提出一种在流媒体缓存应用中使用的分散存储转换方法.在分散式存储转换方法中,利用分散函数的技术对流媒体缓存算法的缓存内容选取和释放内容选取两方面工作进行了修改.针对典型的流媒体缓存算法,通过模拟测试表明了分散式存储转换方法能提升流媒体缓存在移动网络环境下的工作效果.     

树形网络中的一种有效视频内容分发算法

随着互联网中视频内容比重的迅速增加,视频业务随之也在不断的增加,这些视频业务将占据大量的互联网带宽.如何节约带宽和提高视频服务质量已成为互联网研究中的重要研究课题,而提高视频业务服务质量的两个主要途径是增加网络带宽和增加网络中缓存视频服务器的容量.为了使得视频服务商对增加带宽和增加缓存容量的投入最小化,就要决定网络视频内容在网络服务器中如何放置和分发.在本文中,首先我们基于内容放置和内容传输代价对树形网络中的视频内容放置问题进行数学建模,其次我们根据该数学模型提出一种有效的动态规划算法.该算法不仅可以有效解决了我们提出模型中的整数规划问题,而且其时间复杂度为O(NP).     

基于联盟链的边缘缓存系统收益最大化的缓存策略

边缘缓存技术能够将热点内容提前放置在距离用户较近的网络边缘,可以显著降低传输时延、提高网络效率。然而,不同的运营商各自部署边缘设备,投入巨大且缓存内容相互隔离,无法共享。针对此问题,改进了一种基于联盟链的边缘缓存系统架构,运营商部署的边缘设备间能够打破内容隔离,实现更大范围的内容共享。此外,设计了基于智能合约的内容交易流程,使得不同运营商之间的合作变得可信、公平和可追踪。最后,考虑到热门内容的流行程度、文件大小以及传输时延等,对热点内容进行定价,并以收益最大化为目标,通过贪婪算法确定缓存内容放置的位置。仿真实验表明,基于该架构下的收益最大化缓存策略能够有效增加边缘缓存的收益。     

基于RTP报文修改的单一流映像机制研究与实现

随着因特网流媒体应用的日益普及和流行，流媒体缓存代理技术逐渐成为近年来研究的热点。本文对实现流媒体缓存代理服务器的核心技术--单一流映像机制进行了理论上的分析和探讨；并结合实际项目研究，提出了RTP协议报文修改算法，通过在流媒体缓存代理服务器端采用该算法，成功实现了单一流映像机制。实际测试结果表明，这种基
于报文修改算法的单一流映像机制十分有效。     

An expiration age-based document placement scheme for cooperative Web caching

The sharing of caches among proxies is an important technique to reduce Web traffic, alleviate network bottlenecks, and improve response time of document requests. Most existing work on cooperative caching has been focused on serving misses collaboratively. Very few have studied the effect of cooperation on document placement schemes and its potential enhancements on cache hit ratio and latency reduction. We propose a new document placement scheme which takes into account the contentions at individual caches in order to limit the replication of documents within a cache group and increase document hit ratio. The main idea of this new scheme is to view the aggregate disk space of the cache group as a global resource of the group and uses the concept of cache expiration age to measure the contention of individual caches. The decision of whether to cache a document at a proxy is made collectively among the caches that already have a copy of this document. We refer to this new document placement scheme as the Expiration Age-based scheme (EA scheme). The EA scheme effectively reduces the replication of documents across the cache group, while ensuring that a copy of the document always resides in a cache where it is likely to stay for the longest time. We report our study on the potentials and limits of the EA scheme using both analytic modeling and trace-based simulation. The analytical model compares and contrasts the existing (ad hoc) placement scheme of cooperative proxy caches with our new EA scheme and indicates that the EA scheme improves the effectiveness of aggregate disk usage, thereby increasing the average time duration for which documents stay in the cache. The trace-based simulations show that the EA scheme yields higher hit rates and better response times compared to the existing document placement schemes used in most of the caching proxies.     

Dynamic Partitioning and Popularity based Caching for Optimized Performance in content-centric fog networks: DPPCOP

With the massive growth of information generation, processing, and distribution in the Internet of Things (IoT), the existing cloud architectures need to be designed more effectively using fog networks. The current IP-address-based Internet architecture is unable to deliver the desired Quality-of-Service (QoS) towards the increasing demands of fog networking-based applications. To this end, Content-Centric Networking (CCN) has been developed as the potential future Internet architecture. CCN provides name-based content delivery and is established as an architecture for next-generation fog applications. The CCN-based fog environment uses the cache of in-network fog nodes to place the contents near the end-user devices. Generally, the caching capacity of the fog nodes is very small as compared to the content catalog size. Therefore, efficient content placement decisions are vital for improving the network performance. To enhance the content retrieval performance for the end-users, a novel content caching scheme named “Dynamic Partitioning and Popularity based Caching for Optimized Performance (DPPCOP)” has been proposed in this paper. First, the proposed scheme partitions the fog network by grouping the fog nodes into non-overlapping partitions to improve content distributions in the network and to ensure efficient content placement decisions. During partitioning, the scheme uses the Elbow method to obtain the “good” number of partitions. Then, the DPPCOP scheme analyzes the partition’s information along with the content popularity and distance metrics to place the popular contents near the end-user devices. Extensive simulations on realistic network topologies demonstrate the superiority of the DPPCOP caching strategy on existing schemes over various performance measurement parameters such as cache hit ratio, delay, and average network traffic load. This makes the proposed scheme suitable for next-generation CCN-based fog networks and the futuristic Internet architectures for industry 4.0.     

内容中心网络中基于区域集中化控制的协作缓存路由机制*

针对在内容中心网络(Content Centric Networking, CCN)中如何合理放置与高效利用应答数据的问题,该文将集中化控制的思想引入到内容缓存与查找中,提出一种协作缓存路由机制。缓存决策时,通过兴趣包和数据包携带标签的方式,确定沿途最大缓存收益区域;在最大缓存收益区域内,结合内容全局活跃度和节点可用缓存空间,选择内容最佳放置位置。路由查找时,将区域内容放置与路由转发相结合,增大缓存资源可用性。仿真结果表明,与经典算法相比,该机制以少量额外的开销提高了缓存命中率和跳数减少率,改善了缓存负载分布均衡性,提升了CCN网络缓存和传输效率。     

Benefit based cache data placement and update for mobile peer to peer networks

Mobile Peer to Peer (MP2P) networks provide decentralization, self-organization, scalability characters, but suffer from high latency and link break problems. In this paper, we study the cache/replication placement and cache update problems arising in such kind of networks. While researchers have proposed various replication placement algorithms to place data across the network to address the problem, it was proven as NP-hard. As a result, many heuristic algorithms have been brought forward for solving the problem. In this article, we propose an effective and low cost cache placement strategy combined with an update scheme which can be easily implemented in a decentralized way. The contribution of this paper is the adaptive and flexible cache placement and update algorithms designed for real MP2P network usage. The combination of MP2P cache placement and update is the novelty of this article. Extensive experiments are conducted to demonstrate the efficiency of the cache placement and update scheme.     

基于均衡数据放置策略的分布式网络存储编码缓存方案

为了保证网络存储的负载平衡并避免在节点或磁盘故障的情况下造成不可恢复的损失,提出一种基于均衡数据放置策略的分布式网络存储编码缓存方案,针对大型高速缓存和小型缓存分别给出了不同的解决办法。首先,将Maddah方案扩展到多服务器系统,结合均衡数据放置策略,将每个文件作为一个单元存储在数据服务器中,从而解决大型高速缓存问题;然后,将干扰消除方案扩展到多服务器系统,利用干扰消除方案降低缓存的峰值速率,结合均衡数据放置策略,提出缓存分段的线性组合,从而解决小型缓存问题。最后,通过基于Linux的NS2仿真软件,分别在一个和两个奇偶校验服务器系统中进行仿真实验。仿真结果表明,提出的方案可以有效地降低峰值传输速率,相比其他两种较新的缓存方案,提出的方案获得了更好的性能。此外,采用分布式存储虽然限制了将来自不同服务器的内容组合成单个消息的能力,导致编码缓存方案性能损失,但可以充分利用分布式存储系统中存在的固有冗余,从而提高存储系统的性能。     

一种新的基于分区的多媒体代理协作管理策略

多媒体代理缓存是提高媒体流化质量和减轻网络负载的重要手段，将基于协作的多媒体代理缓存技术引入无线网络，提出一种新的分区缓存管理模型（Partition-based caching manager,PBCM)，通过对系统中各个代理的部分缓存空间（称为静态分区）采取集中式管理，可以合理配置缓存资源，降低缓存的冗余度，从全局角度优化系统的整体性能，具体地，PBCM中制定了一种全局对象放置策略来管理静态分区缓存的内容，该策略被模型化为一个优化问题，并采用改进遗传算法来求解，仿真实验表明该模型及算法是有效可行的。     

D2D网络中的缓存副本数布设算法

在Device-to-Device (D2D)缓存网络中,缓存文件的副本数量是制约系统缓存效率的重要因素,过多的副本会导致缓存资源不能得到充分利用,副本数过低又将使流行文件难以被有效获取。针对D2D缓存网络副本布设问题,以系统缓存命中率最大化为目标,利用凸规划理论,提出了一种缓存文件副本数布设算法(CRP)。仿真结果显示,与现有副本数量布设算法相比,该算法可以有效提升D2D缓存网络总体缓存命中率。     

多缓存容量场景下的D2D内容缓存布设优化方案

在终端直传（D2D）缓存网络中,用户有限且各异的缓存能力是制约缓存效率的一个关键参数,然而现有文献大多考虑不同用户具有相同的缓存能力,针对这一不足有必要进行用户具有不同缓存容量下的D2D内容缓存布设方案优化。首先,鉴于用户终端的移动性和随机分布特性,利用随机几何理论将网络中不同缓存容量的用户节点建模为相互独立的齐次泊松点过程;其次,考虑本地卸载和邻近D2D链路卸载两种内容卸载方式,推导得到网络缓存命中率;最后,将最大化缓存命中率作为优化目标函数,提出了基于坐标梯度的联合缓存布设（JCP）算法,从而得到多用户多缓存容量场景下的内容缓存布设方案。仿真结果表明,与现有的缓存布设方案相比,由JCP得到的缓存布设方案可以有效提高缓存命中率。     

基于QoE的无人机网络部署和缓存策略优化方法

为了最大限度提升用户的体验质量,设计了一个使用支持缓存的无人机进行辅助通信的蜂窝网络模型。该模型使用无人机通信和边缘缓存相结合的方式来进行流量卸载,通过联合优化无人机部署,缓存放置和用户关联以实现用户QoE的最大化,并使用平均意见得分来对其进行评估。基于问题定义,提出了一个无人机部署、缓存放置和用户关联的联合优化算法,以最大化MOS。该联合算法使用K-means聚类算法为用户创建基于用户位置的无人机部署集群,使用基于罚函数的凸优化算法以获得缓存放置策略,使用贪心算法以获得对用户的关联策略。多次仿真实验验证了所提出算法的有效性和可行性。实验结果表明,与三种基准算法相比,所提出的联合优化算法在MOS、回程流量卸载率和内容访问时延三方面均具有更好的性能。