子節(jié)點、父節(jié)點以及用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種子節(jié)點、父節(jié)點以及用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存方法及系統(tǒng)，其中多層次視頻網(wǎng)絡(luò)包括至少一父節(jié)點以及與父節(jié)點連接的多個子節(jié)點，該方法包括：收集每一子節(jié)點的針對內(nèi)容集中的每一內(nèi)容的用戶請求到達率；基于用戶請求到達率、每一子節(jié)點的存儲容量和上傳帶寬以及每一內(nèi)容的大小確定每一子節(jié)點針對每一內(nèi)容的最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。通過上述公開內(nèi)容，本發(fā)明所揭示的技術(shù)方案可充分節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，并實現(xiàn)緩存節(jié)點之間的協(xié)作，另外更可兼容于異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境。
【專利說明】子節(jié)點、父節(jié)點以及用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種子節(jié)點、父節(jié)點以及用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展，多媒體服務(wù)提供商所提供的高分辨率視頻點播等多媒體網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)逐漸興起。這些業(yè)務(wù)通常利用緩存系統(tǒng)中的帶寬和存儲資源，向終端用戶提供高質(zhì)量且不間斷的視頻流。然而，不斷增長的用戶數(shù)量和對服務(wù)質(zhì)量的更高需求也給服務(wù)提供商帶來極大壓力。視頻點播系統(tǒng)的整體帶寬和存儲資源有限，因此服務(wù)提供商不得不加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資來滿足日益增長的用戶需求。在這一背景下，如何有效地利用緩存系統(tǒng)的帶寬資源和存儲資源來更好地滿足用戶的需求成為一個需要重點考慮的問題。然而當這個問題被放到分布式環(huán)境下的緩存系統(tǒng)中時，系統(tǒng)資源和用戶訪問行為的異構(gòu)性使得緩存系統(tǒng)的策略更為復雜，難以實現(xiàn)各個節(jié)點之間的高效協(xié)調(diào)。因此，如何利用已有的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中最大限度地實現(xiàn)緩存節(jié)點之間的協(xié)作，滿足用戶對于服務(wù)的需求，是分布式領(lǐng)域的一個重要研究內(nèi)容。
[0003]在現(xiàn)有的層次式緩存系統(tǒng)中，用戶請求在多層次視頻網(wǎng)絡(luò)中以向上的路徑傳遞。一旦服務(wù)器上存儲有相關(guān)內(nèi)容即滿足該請求。同時系統(tǒng)通常采用最小包路徑長度作為優(yōu)化目標來確定緩存的策略。首先獲得系統(tǒng)的整體拓撲結(jié)構(gòu)，各個節(jié)點的存儲容量信息和用戶訪問的模式，進而將緩存策略問題形式化為一個優(yōu)化問題。優(yōu)化的目標是最小化請求的訪問路徑長度。然而，這一傳統(tǒng)策略存在幾個重要缺陷。首先，靜態(tài)的請求路由僅能實現(xiàn)不同層次間的緩存協(xié)作，而難以實現(xiàn)同一層次上節(jié)點的緩存協(xié)作，從而影響了分布式緩存服務(wù)器間的資源共享；其次，當前視頻系統(tǒng)消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，僅僅以請求包路徑長度作為優(yōu)化目標不符合系統(tǒng)的實際需求；再次，為了簡化問題的復雜度，傳統(tǒng)的優(yōu)化緩存策略通常假設(shè)存在同構(gòu)的系統(tǒng)資源配置，這并不符合系統(tǒng)的實際情況。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，更提出了一種面向IPTV (Internet Protocol Television,網(wǎng)絡(luò)協(xié)定電視)系統(tǒng)的分布式緩存算法。該方法提出了以最小化內(nèi)容傳輸代價為目標的優(yōu)化問題。其中在后續(xù)系統(tǒng)驗證中，內(nèi)容傳輸代價以從返回內(nèi)容的源節(jié)點至用戶的傳輸距離為基本衡量標準。該方法假設(shè)系統(tǒng)資源受限且整體同構(gòu)，即同層次節(jié)點均具有相同的存儲能力，且用戶請求在每個節(jié)點上均同構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，該方法提出了如下的分布式緩存策略:
[0005]1.關(guān)注度最高的內(nèi)容在所有底層節(jié)點上均存儲；
[0006]2.關(guān)注度次高的某一內(nèi)容僅在部分底層節(jié)點上存儲；
[0007]3.關(guān)注度較低的剩余內(nèi)容僅在某一個底層節(jié)點存儲。
[0008]該方法進一步將該策略簡化為一種基于內(nèi)容效用度的貪婪式算法。其中關(guān)注度較高的內(nèi)容具有較高的效用度，關(guān)注度較低的內(nèi)容在已經(jīng)被其它節(jié)點存儲的情況下具有較低的效用度。[0009]現(xiàn)有技術(shù)的方法存在如下缺陷:該方法假設(shè)系統(tǒng)整體資源同構(gòu)。然而在實際大規(guī)模視頻系統(tǒng)中，服務(wù)器的容量通常具有異構(gòu)性，且不同地區(qū)的用戶對于內(nèi)容的請求往往具有不同的模式；該方法未能體現(xiàn)當前視頻系統(tǒng)中的帶寬消耗特性，在面向高清視頻系統(tǒng)的緩存策略設(shè)計中，不應當僅僅以路徑長度作為系統(tǒng)性能的衡量標準，而同樣需要考慮有限的帶寬資源問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本申請主要解決的技術(shù)問題是提供一種用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存方法及系統(tǒng)實施方式，能充分節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，并實現(xiàn)緩存節(jié)點之間的協(xié)作，另外更可兼容于異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境。
[0011]第一方面提供了一種用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存方法，其中多層次視頻網(wǎng)絡(luò)包括至少一父節(jié)點以及與父節(jié)點連接的多個子節(jié)點，該方法包括:收集每一子節(jié)點的針對內(nèi)容集中的每一內(nèi)容的用戶請求到達率；基于用戶請求到達率、每一子節(jié)點的存儲容量和上傳帶寬以及每一內(nèi)容的大小確定每一子節(jié)點針對每一內(nèi)容的最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。
[0012]結(jié)合第一方面的實施方式，在第一種可能的實施方式中，基于用戶請求到達率、每一子節(jié)點的存儲容量和上傳帶寬以及每一內(nèi)容的大小確定每一子節(jié)點針對每一內(nèi)容的最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略的步驟包括:每一子節(jié)點利用各自的用戶請求到達率、存儲容量、每一內(nèi)容的大小以及針對每一內(nèi)容的迭代系數(shù)計算每一子節(jié)點針對每一內(nèi)容的當前存儲策略，并發(fā)送當前存儲策略至父節(jié)點；父節(jié)點根據(jù)多個子節(jié)點的當前存儲策略、用戶請求到達率以及每一內(nèi)容的大小計算當前總內(nèi)容需求，并傳送當前總內(nèi)容需求至每一子節(jié)點；每一子節(jié)點根據(jù)當前總內(nèi)容需求以及各自的上傳帶寬計算上傳帶寬分配策略，并傳送至父節(jié)點；父節(jié)點根據(jù)上傳帶寬分配策略、上傳帶寬以及當前總內(nèi)容需求更新迭代系數(shù)，并返回確定當前存儲策略的步驟，直至當前存儲策略和上傳帶寬分配策略收斂至最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。
[0013]結(jié)合第一方面的第一種可能的實施方式，在第二種可能的實施方式中，每一子節(jié)點利用各自的用戶請求到達率、存儲容量、每一內(nèi)容的大小以及針對每一內(nèi)容的迭代系數(shù)計算每一子節(jié)點針對每一內(nèi)容的當前存儲策略的步驟包括:在每一子節(jié)點中，定義當前存儲策略為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存方法，其中所述多層次視頻網(wǎng)絡(luò)包括至少一父節(jié)點以及與所述父節(jié)點連接的多個子節(jié)點，其特征在于，所述方法包括: 收集每一所述子節(jié)點的針對內(nèi)容集中的每一內(nèi)容的用戶請求到達率； 基于所述用戶請求到達率、每一所述子節(jié)點的存儲容量和上傳帶寬以及每一所述內(nèi)容的大小確定每一所述子節(jié)點針對每一所述內(nèi)容的最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述用戶請求到達率、每一所述子節(jié)點的存儲容量和上傳帶寬以及每一所述內(nèi)容的大小確定每一所述子節(jié)點針對每一所述內(nèi)容的最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略的步驟包括: 每一所述子節(jié)點利用各自的所述用戶請求到達率、所述存儲容量、每一所述內(nèi)容的大小以及針對每一所述內(nèi)容的迭代系數(shù)計算每一所述子節(jié)點針對每一所述內(nèi)容的當前存儲策略，并發(fā)送所述當前存儲策略至所述父節(jié)點； 所述父節(jié)點根據(jù)所述多個子節(jié)點的所述當前存儲策略、所述用戶請求到達率以及每一所述內(nèi)容的大小計算當前總內(nèi)容需求，并傳送所述總內(nèi)容需求至每一所述子節(jié)點； 每一所述子節(jié)點根據(jù)所述當前總內(nèi)容需求以及各自的上傳帶寬計算所述上傳帶寬分配策略，并傳送至所述父節(jié)點； 所述父節(jié)點根據(jù)所述上傳帶寬分配策略、所述上傳帶寬以及所述當前總內(nèi)容需求更新所述迭代系數(shù)，并返回確定當前存儲策略的步驟，直至所述當前存儲策略和所述上傳帶寬分配策略收斂至所述最佳存 儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述每一所述子節(jié)點利用各自的所述用戶請求到達率、所述存儲容量、每一所述內(nèi)容的大小以及針對每一所述內(nèi)容的迭代系數(shù)計算每一所述子節(jié)點針對每一所述內(nèi)容的當前存儲策略的步驟包括: 在每一所述子節(jié)點中，定義所述當前存儲策略為:
,.1l.for ^ e[l.r); X-At) = Ih
' [0, tor A s=[z,| K Ij為所述當前存儲策略=>&}，K為內(nèi)容集，k為所述內(nèi)容集K中的每一內(nèi)容，sk為每一所述內(nèi)容k的大小，Bij為存儲容量，1、j為不等于O的正整數(shù)，h為正數(shù)，在Zg (O = I時，所述子節(jié)點存儲所述內(nèi)容k，在;(6(/) = O時，所述子節(jié)點放棄存儲所述內(nèi)容k, t為所述迭代系數(shù)的迭代次數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述父節(jié)點根據(jù)所述多個子節(jié)點的所述當前存儲策略、所述用戶請求到達率以及每一所述內(nèi)容的大小計算當前總內(nèi)容需求的步驟包括: 根據(jù)以下等式獲取所述當前總內(nèi)容需求:
(Α(/) = Χλ;.jeJ 其中，Qk(t)為當前總內(nèi)容需求，<(0為所述當前存儲策略，名為所述用戶請求到達率，K為內(nèi)容集，k為所述內(nèi)容集K中的每一所述內(nèi)容，Sk為每一所述內(nèi)容k的大小，1、j、J為不等于O的正整數(shù)，t為所述迭代系數(shù)的迭代次數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述每一所述子節(jié)點根據(jù)所述當前總內(nèi)容需求以及各自的上傳帶寬計算所述上傳帶寬分配策略的步驟包括: 根據(jù)以下等式計算所述上傳帶寬分配策略:


6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述所述父節(jié)點根據(jù)所述上傳帶寬分配策略、所述上傳帶寬以及所述當前總內(nèi)容需求更新所述迭代系數(shù)的步驟包括: 根據(jù)以下等式更新迭代系數(shù):
7.一種用于多層次視頻網(wǎng)絡(luò)的緩存系統(tǒng)，其中所述多層次視頻網(wǎng)絡(luò)包括至少一父節(jié)點以及與所述父節(jié)點連接的多個子節(jié)點，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 收集單元，用于收集每一所述子節(jié)點的針對內(nèi)容集中的每一內(nèi)容的用戶請求到達率；策略確定單元，用于基于所述用戶請求到達率、每一所述子節(jié)點的存儲容量和上傳帶寬以及每一所述內(nèi)容的大小確定每一所述子節(jié)點針對每一所述內(nèi)容的最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述策略確定單元包括: 當前存儲策略獲取單元，設(shè)置在每一所述子節(jié)點中，用于利用每一所述子節(jié)點中各自的所述用戶請求到達率、所述存儲容量、每一所述內(nèi)容的大小以及針對每一所述內(nèi)容的迭代系數(shù)計算每一所述子節(jié)點針對每一所述內(nèi)容的當前存儲策略，并發(fā)送所述當前存儲策略至所述父節(jié)點；當前總內(nèi)容需求獲取單元，設(shè)置在所述父節(jié)點中，用于根據(jù)所述多個子節(jié)點的所述當前存儲策略、所述用戶請求到達率以及每一所述內(nèi)容的大小計算當前總內(nèi)容需求，并傳送所述當前內(nèi)容需求至每一所述子節(jié)點； 上傳帶寬分配策略獲取單元，設(shè)置在每一所述子節(jié)點中，用于根據(jù)所述當前總內(nèi)容需求以及各自的上傳帶寬計算所述上傳帶寬分配策略，并傳送至所述父節(jié)點； 迭代系數(shù)更新單元，設(shè)置在所述父節(jié)點中，用于根據(jù)所述上傳帶寬分配策略、所述上傳帶寬以及所述當前總內(nèi)容需求更新所述迭代系數(shù)，并返回所述更新后的迭代系數(shù)至當前存儲策略獲取單元，直至所述當前存儲策略獲取單元判斷到所述當前存儲策略和所述上傳帶寬分配策略收斂至所述最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述當前存儲策略獲取單元用于: 在每一所述子節(jié)點中，定義所述當前存儲策略為:
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述當前總內(nèi)容需求獲取單元用于: 根據(jù)以下等式獲取所述當前總內(nèi)容需求:
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述上傳帶寬分配策略獲取單元用于: 根據(jù)以下等式計算所述上傳帶寬分配策略:
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述迭代系數(shù)更新單元用于:根據(jù)以下等式更新迭代系數(shù):
13.一種子節(jié)點，其特征在于，包括: 收集單元，用于收集所述子節(jié)點的針對內(nèi)容集中的每一內(nèi)容的用戶請求到達率； 當前存儲策略獲取單元，用于利用所述子節(jié)點中的所述用戶請求到達率、所述存儲容量、每一所述內(nèi)容的大小以及針對每一所述內(nèi)容的迭代系數(shù)計算每一所述子節(jié)點針對每一所述內(nèi)容的當 前存儲策略，并發(fā)送所述當前存儲策略至所述父節(jié)點； 上傳帶寬分配策略獲取單元，用于根據(jù)從所述父節(jié)點獲取的當前總內(nèi)容需求以及各自的上傳帶寬計算所述上傳帶寬分配策略，并傳送至所述父節(jié)點； 上傳帶寬分配策略獲取單元，用于根據(jù)所述當前總內(nèi)容需求以及各自的上傳帶寬計算所述上傳帶寬分配策略，并傳送至所述父節(jié)點。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的子節(jié)點，其特征在于，所述當前存儲策略獲取單元用于: 在所述子節(jié)點中，定義所述當前存儲策略為:
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的子節(jié)點，其特征在于，所述上傳帶寬分配策略獲取單元用于: 根據(jù)以下等式計算所述上傳帶寬分配策略:
16.一種父節(jié)點，其特征在于，包括: 當前總內(nèi)容需求獲取單元，用于根據(jù)分別從多個子節(jié)點獲取的當前存儲策略、用戶請求到達率以及每一所述內(nèi)容的大小計算當前總內(nèi)容需求，并傳送所述當前內(nèi)容需求至每一所述子節(jié)點； 迭代系數(shù)更新單元，用于根據(jù)分別從多個子節(jié)點獲取的上傳帶寬分配策略、上傳帶寬以及所述當前總內(nèi)容需求更新所述迭代系數(shù)，并返回所述更新后的迭代系數(shù)至每一所述子節(jié)點，直至每一所述子節(jié)點判斷到所述當前存儲策略和所述上傳帶寬分配策略收斂至所述最佳存儲策略及最佳上傳帶寬分配策略。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的父節(jié)點，其特征在于，所述當前總內(nèi)容需求獲取單元用于: 根據(jù)以下等式獲取所述當前總內(nèi)容需求:
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的父節(jié)點，其特征在于，所述迭代系數(shù)更新單元用于: 根據(jù)以下等式更新迭代系數(shù):
【文檔編號】H04N21/2385GK103974082SQ201310030160
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25日
【發(fā)明者】李波, 劉義俊 申請人:華為技術(shù)有限公司