[發(fā)明專利]一種CDN-P2P混合架構(gòu)下效用最優(yōu)協(xié)同緩存管理方法

有效

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• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113453038B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉平山;劉韶星;孫業(yè)民;俞中舒;黃桂敏
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04N21/231
• 分類號: H04N21/231;H04N21/218;H04L67/568;H04L67/5682;H04L67/1097;H04L67/104
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 陶平英

1.一種CDN-P2P混合架構(gòu)下效用最優(yōu)協(xié)同緩存管理方法，其特征在于，該方法首先構(gòu)建一個(gè)超級節(jié)點(diǎn)群；其次，根據(jù)ISPs域間的資源供需關(guān)系，基于全局效用值構(gòu)建相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，并利用資源分配貪心算法對模型進(jìn)行優(yōu)化；最后，基于效用最優(yōu)模型設(shè)計(jì)一個(gè)協(xié)同緩存管理方法；

所述的超級節(jié)點(diǎn)群，是將超級節(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延作為兩節(jié)點(diǎn)間距離，超級節(jié)點(diǎn)基于就近原則組建超級節(jié)點(diǎn)群，群內(nèi)超級節(jié)點(diǎn)互為鄰居節(jié)點(diǎn)，每個(gè)超級節(jié)點(diǎn)都維護(hù)著一組鄰居超級節(jié)點(diǎn)信息，且節(jié)點(diǎn)間的共享區(qū)域是相對透明的，超級節(jié)點(diǎn)可以從其鄰居節(jié)點(diǎn)的共享區(qū)獲取視頻資源，構(gòu)建超級節(jié)點(diǎn)群的具體步驟如下：

1-1)開始；

1-2)計(jì)算普通節(jié)點(diǎn)i的能力值A(chǔ)bility_i；

1-3)按照能力值A(chǔ)bility_i降序排列節(jié)點(diǎn)，得到一個(gè)有序的節(jié)點(diǎn)列表order Su PeerList；

1-4)將列表order Su Peer List靠前的個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為超級節(jié)點(diǎn)，標(biāo)記符號SP flag＝1，其中Numsp表示超級節(jié)點(diǎn)數(shù)量，N表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)量，其中表示超級節(jié)點(diǎn)占比，且

1-5)每個(gè)超級節(jié)點(diǎn)k₁發(fā)送檢測包到其他超級節(jié)點(diǎn)，得到傳輸時(shí)延小于δ的超級節(jié)點(diǎn)列表order Peer Rtt Dist，對列表按照時(shí)延升序排序；δ表示所能接受的最大時(shí)延；

1-6)順序查詢列表order Peer Rtt Dist中是否存在超級節(jié)點(diǎn)k_sp所在群的大小是否小于τ；若是，則超級節(jié)點(diǎn)k₁加入k_sp所在群；否則，超級節(jié)點(diǎn)k₁建立一個(gè)新的群；其中τ表示超級節(jié)點(diǎn)群最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量；

1-7)結(jié)束；

所述的數(shù)學(xué)模型，是根據(jù)ISPs域間的供需關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為保證ISP域請求資源的效用最優(yōu)，通過資源分配貪心算法對模型進(jìn)行優(yōu)化，數(shù)學(xué)模型表達(dá)式為：

上述公式(1)中，Q_v表示所缺目標(biāo)資源，q_i,v∈{0,1}，t_ω表示鏈路代價(jià)；

所述的資源分配貪心算法，是設(shè)置獲取資源優(yōu)先級路徑，優(yōu)先從鄰居ISP域的超級節(jié)點(diǎn)群獲取資源，其次從CDN節(jié)點(diǎn)獲取資源，具體包括如下步驟：

2-1)開始；

2-2)初始化效用值Utility，t₁，t₂，t₃，t₄(t₁,t₂,t₃,t₄∈t_ω)；

2-3)獲取ISP域所缺目標(biāo)資源Q_v；

2-4)獲取鄰居ISPs列表信息，對每個(gè)鄰居ISP域執(zhí)行步驟2-5)-步驟2-7)；

2-5)判斷超級節(jié)點(diǎn)群是否存在Q_v中資源，若否，執(zhí)行步驟6)，若是，更新Q_v和Utility，判斷Q_v是否為空，若是，則執(zhí)行步驟2-8)，否則，執(zhí)行步驟2-6)；

2-6)判斷CDN節(jié)點(diǎn)是否存在Q_v中資源，若否，執(zhí)行步驟2-7)，若是，更新Q_v和Utility，判斷Q_v是否為空，若是則執(zhí)行步驟2-8)，若否，執(zhí)行步驟2-7)；

2-7)判斷CDN節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)是否存在Q_v中資源，若否，執(zhí)行步驟2-8)，若是，更新Q_v和Utility；

2-8)結(jié)束；

所述的協(xié)同緩存管理方法，包括超級節(jié)點(diǎn)群內(nèi)超級節(jié)點(diǎn)的協(xié)同緩存方式、超級節(jié)點(diǎn)群和CDNs節(jié)點(diǎn)的協(xié)同緩存方式和緩存替換方法；

所述的超級節(jié)點(diǎn)群內(nèi)超級節(jié)點(diǎn)的協(xié)同緩存方式，是將每個(gè)超級節(jié)點(diǎn)群看成一個(gè)整體，群內(nèi)節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行資源共享，并且群內(nèi)節(jié)點(diǎn)通過緩存不同的視頻資源，可在有限的容量中存儲(chǔ)更多的視頻資源；

所述的超級節(jié)點(diǎn)群與CDNs節(jié)點(diǎn)的協(xié)同緩存方式，是將目標(biāo)資源按照流行度分為流行資源和次流行資源，優(yōu)先將流行資源存儲(chǔ)在靠近用戶側(cè)的超級節(jié)點(diǎn)群中，其次將次流行資源存儲(chǔ)在CDNs節(jié)點(diǎn)；

所述的緩存替換方法，具體包括如下步驟：

3-1)開始；

3-2)判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否擁有足夠帶寬，若否，則執(zhí)行步驟3-5)，否則，判斷該節(jié)點(diǎn)磁盤容量是否足夠，若是，則直接緩存該資源，否則，執(zhí)行步驟3-3)-步驟3-4)；

3-3)計(jì)算磁盤中視頻資源的能量值Energy_v，并按照能量值對視頻資源進(jìn)行降序排序；

3-4)待緩存視頻資源與能量值最小的視頻資源替換；

3-5)結(jié)束。