流媒体代理缓存技术的研究

随着Internet技术的发展和普遍应用,流媒体技术在Internet上得到了广泛的应用.对流媒体对象的访问,需要高且稳定的传送速率,网络带宽消耗大且持续时间长,容易给其他类型文件的访问带来影响,若用户过多,还会使初始流媒体服务器过载.代理缓存技术可帮助解决上述问题.文中介绍了流媒体代理缓存的特点,流媒体代理缓存的算法,流媒体代理缓存的评价指标和影响流媒体代理缓存效果的因素.     

流媒体代理缓存技术研究

代理缓存是降低流媒体点播系统数据传输代价的一项关键技术,但目前现有的缓存方案,由于受到代理本身缓存空间大小和代理与客户端缺少协作的限制,效率不是很高.针对纯代理缓存系统的不足,文章提出了一种采用代理与客户端缓存协作的方式来弥补以上的不足.通过整合客户端的缓存空间来扩充系统总的缓存空间,依靠代理服务器实现资源的部署与协调.仿真结果显示,对比纯代理缓存系统,由于客户端缓存空间的加入,能显著减少主干网的带宽消耗,降低流媒体数据传输代价.     

基于段流行度的移动流媒体代理服务器缓存算法

提出了一种基于段流行度的移动流媒体代理服务器缓存算法P2CAS2M2(proxy caching algorithm based on segment popularity for mobile streaming media),根据移动流媒体对象段的流行度,实现了代理服务器缓存的接纳和替换,使移动流媒体对象在代理服务器中缓存的数据量和其流行度成正比,并且根据客户平均访问时间动态决定该对象缓存窗口大小。仿真结果表明,对于代理服务器缓存大小的变化,P2CAS2M2比A2LS(adaptive and lazy segmentation algorithm)具有更好的适应性,在缓存空间相同的情况下,能够得到更大的被缓存流媒体对象的平均数,更小的被延迟的初始请求率,降低了启动延时,而字节命中率接近甚至超过A2LS。     

一种基于关联规则的代理缓存模型

将数据挖掘中关联规则技术应用到代理缓存管理和调度上，提出了一个新颖的基于关联规则的代理缓存模型，同时对该模型系统实现的一些关键技术做了详细的说明，并初步分析了其性能代价。试验表明该模型具有相当的可行性和有效性。     

一种基于P2P协作的代理缓存流媒体调度算法

该文根据流媒体系统中缓存空间不足及服务延迟的问题,提出一种基于P2P协作的代理缓存流媒体调度算法PCSPC(Proxy-Caching Scheduler based on P2P Cooperation)。首先按照流行度高的数据占用较大存储空间的原则,利用媒体文件的存储效率为每个前缀分配相应的存储空间。然后按传输成本将前缀降序排列,代理服务器升序排列,将前缀依次分配到代理服务器上,并且通过理论证明该方法能够有效地减少传输成本。PCSPC算法能够兼顾存储效率与传输成本。仿真实例说明了算法的有效性。     

CDN架构下流媒体代理缓存策略的研究

在流媒体点播系统中,现有的CDN架构下的缓存策略并没有很好地解决骨干网带宽资源浪费的问题。为了降低骨干网带宽、启动延迟及网络负载不平衡及更好地支持点播过程中的VCR操作,本文在CDN的流媒体系统架构基础上,结合原有前缀缓存及分段缓存策略,提出一种新的基于代理服务器及备用代理服务器的缓存策略,以缓解系统对骨干网络带宽的需求,并在理论上有效节约了代理服务器的缓存资源,降低了用户点播的启动延迟。     

基于缓存窗口和段补丁预取的流媒体动态调度算法

该文提出了一种新的基于缓存窗口和段补丁预取的移动流媒体动态调度算法,采用代理缓存窗口自适应伸缩和分段缓存补丁块方案,实现了移动流媒体对象在代理服务器中缓存的数据量和其流行度成正比的原则。仿真结果表明,对于客户请求到达速率的变化,该算法比传统算法具有更好的适应性,在最大缓存空间相同的情况下,能显著减少通过补丁通道传输的补丁数据,从而降低了服务器和骨干网络带宽的使用,能快速缓存媒体对象到缓存窗口,同时减少了代理服务器的缓存平均占有量。     

基于FCM聚类算法的多分组和分层的协作缓存策略

随着新兴应用对通信服务质量需求的不断提高,无线网络中的通信量呈指数级增长,给移动核心网络和回程链路带来了巨大的负担。第五代移动通信(5G,the Fifth Generation Mobile Communication)已经成为学术界和工业界关注的热点。其中移动边缘计算(MEC,Mobile Edge Computing)被认为是满足用户需求、减少内容传输延迟的关键技术之一。文章主要研究的是移动边缘计算中协作缓存策略的改进。目前国内外对移动边缘缓存策略虽然已进行了大量的研究,但仍有问题没有考虑到:第一,大部分研究都没有考虑到用户的分布与MEC服务器的位置之间的关系。第二,现有的研究很少考虑内容流行度和缓存容量之间的关系。于是论文在原有的协作缓存的基础上提出了基于分组和分层的协作缓存策略。因此,论文考虑当MEC服务器位置较为分散时,需要将服务器分为两个以上的簇时对内容传输延迟的影响,提出基于模糊c均值聚类算法(FCM,Fuzzy C-means Algorithm)的多分组和分层的协作缓存策略,并通过仿真实验进行验证分簇数的变化是否会对内容传输延迟有影响。     

CCN网络中一种基于代理主动缓存的用户移动性支持方案

该文提出以内容为中心的网络(CCN)中一种基于代理的主动缓存方案。通过代理服务器主动请求与缓存移动切换过程中用户未能获取的内容,解决CCN网络中用户移动性支持问题。与现有CCN网络用户移动性支持方案相比,该文提出的基于代理的主动缓存方案,用户获取内容的时间成本与代理服务器获取内容的时间成本较低,用户的移动切换时延与内容获取的平均时间较短。该方案可有效利用CCN网络共享的内容资源,减缓用户移动对实时业务的不良影响。     

一种有资源适应性的transcoding代理缓存机制

在基于transcoding代理的流媒体服务系统中,CPU和网络是两种潜在的瓶颈资源.本文提出了一种有资源适应性的transcoding代理缓存机制,统一考虑CPU和网络的资源需求,以提高系统的服务能力.首先推导了多版本缓存策略下网络收益和CPU收益的计算方法.通过引入一个时变的影响因子 α (t),给出了缓存系统聚合资源收益的表达.在此基础上给出了单个对象的缓存价值函数,并设计了RAC替换算法.实验表明RAC具有较好的资源适应性和系统吞吐率.     

流媒体服务中基于间隔缓存的LARD调度算法

以往对提高流媒体服务器集群服务能力的研究仅局限于请求调度或者缓存策略上,很少考虑到两者之间的相互作用。针对当前流媒体服务中,存储系统的磁盘I／O带宽已成为制约流媒体服务集群服务能力的瓶颈之一,将基于位置感知的LARD调度策略与间隔缓存策略相结合,应用于流媒体服务,有效地提高了流媒体请求的缓存利用率,由此节省了访问存储系统的磁盘I/O带宽,达到提高流媒体服务集群服务能力的目的。实验证明,在高请求到达率的情况下,采用新策略后流媒体服务集群的服务能力得到了提高。     

An empirical study on user access to entertainment streaming media

I. Introduction Streaming media has been widely used over the Internet in recent years. However, the growing use in streaming media, which generally has large size, can have a significant impact on the user perceived latency and network congestion. A popular approach to reduce the response time and backbone bandwidth consumption is to deploy proxy caches at the edge of the Internet. Due to the large size and different popularity for different part of the streaming video, it is not practical …     

面向软件定义无线接入网的高效协作内容缓存算法

为了缓解海量的移动业务数据与容量受限的无线接入网回传链路之间的矛盾,本文提出一种面向软件定义无线接入网（SD-RAN）的协作内容缓存网络架构.在宏蜂窝基站（MBS）的控制管理下,小蜂窝基站（SBS）可以在存储单元有序存储一些高流行度的内容.针对SBS存储单元空间受限问题,进一步提出SD-RAN网络架构下的协作内容缓存算法.该算法中,每个SBS缓存空间被分割成两部分：（1）用于存储全网流行度最高的公共内容以保证各小蜂窝小区本地命中率.（2）用于存储流行度较高的差异化的内容以促进MBS内SBS之间的协作.在此基础上,解析推导具有最优平均内容获取开销的分割参数闭合表达式.仿真结果表明该算法在不同系统参数条件下能显著降低SD-RAN的平均内容获取开销.     

基于内容分块流行度分级的信息中心网络缓存策略

信息中心网络(ICN:Information-Centric Networking)域内缓存机制的研究大多假定单个内容的流行度相同,而忽视了同一内容的不同分块具有不同流行度的特性.本文提出了一种基于内容分块流行度以及缓存节点位置的分级缓存策略,通过兴趣包和数据包携带标签的方式实现隐式缓存协作.仿真实验证明相比于其他方案,该方案可以充分利用细粒度的内容分块流行度这一特性,提高缓存路由器缓存命中率,减小用户请求内容时延以及网络流量,进而提升用户对实时业务的服务体验.     

基于TTL的Web缓存过滤效果

文章研究了基于TTL的Web缓存层次过滤效果，业务量性质对基于TTL的动态Web缓存系统的性能有重要影响。在层次缓存中，由于只有错失的请求才会被转发给下一级缓存，因而逐级对业务量存在过滤作用，业务量性质随之改变。文章利用仿真研究了基于TTL的动态Web缓存层次过滤对业务量的影响。重点考察了请求到达间隔模型及对象流行度分布的变化。     

一种可重构流媒体调度算法

针对现有流媒体算法在异构环境下性能恶化的问题,论文提出一种支持用户异构性的可重构流媒体调度算法RSMS算法。该算法引入了追赶流的概念,能重构追赶流的速率来服务于具有不同接收带宽的异构用户,并最终通过流合并达到资源共享的目的。分析了RSMS算法的最佳组播调度间隔、所需的平均服务器带宽和服务器带宽需求分布。仿真实验表明该算法简单高效,可扩展性好。     

基于流媒体技术实现电视节目的网上点播

流媒体技术的出现和相关应用推动了宽带网络的飞速发展.在描述流媒体传输方式、播放形式等相关问题的基础上,给出了一个运用流媒体技术实现电视节目网上点播的解决方案.     

雾无线接入网中基于内容流行度和信息新鲜度的缓存更新策略

将边缘缓存技术引入雾无线接入网,可以有效减少内容传输的冗余。然而,现有缓存策略很少考虑已缓存内容的动态特性。该文提出一种基于内容流行度和信息新鲜度的缓存更新算法,该算法充分考虑用户的移动性以及内容流行度的时空动态性,并引入信息年龄(AoI)实现内容的动态更新。首先,所提出算法根据用户的历史位置信息,使用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)预测下一时间段用户位置;其次,根据预测得到的用户位置,结合用户的偏好模型得到各位置区的内容流行度,进而在雾接入点进行内容缓存。然后,针对已缓存内容的信息年龄要求,结合内容流行度分布,通过动态设置缓存更新窗口以实现高时效、低时延的内容缓存。仿真结果表明,所提算法可以有效地提高内容缓存命中率,在保障信息的时效性的同时最大限度地减小缓存内容的平均服务时延。     

多控制器集群流媒体缓存代理的研究

为满足用户分散的大规模视频流媒体应用需求,该文提出了一种基于多控制器集群缓存代理结构(Multi- controller based Cluster Streaming Cache Proxy, MCSCP),该体系由一组控制器构成控制子系统,由多个内容存储器构成分布式存储子系统。对控制子系统的关键问题进行了深入研究：采用图论思想给出控制器组的选取算法,设计了一种基于优先级的主控制器选举和在线切换协议(Priority based Master-controller Election and Handover, PMEH)。建立数学模型分析了多控制器体系对系统可靠性的改善程度,讨论了控制器选取算法的性能,研究了协议中报文发送间隔变量与系统开销的关系,并使用仿真实验给出了该参数的最佳取值范围。