[發明專利]一種CDN-P2P混合架構下效用最優協同緩存管理方法

有效

• 申請號: 202110709682.3
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113453038B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 劉平山;劉韶星;孫業民;俞中舒;黃桂敏
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 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事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 陶平英

本發明公開了一種CDN?P2P混合架構下效用最優協同緩存管理方法，該方法首先構建一個超級節點群，支持P2P技術與內容分發網絡相結合，利用P2P覆蓋網的高可拓展、部署成本低特性，為其他節點提供服務；其次，根據ISPs域間的資源供需關系，基于全局效用值構建相應數學模型，并利用資源分配貪心算法對模型進行優化；最后，基于效用最優模型設計一個協同緩存管理方法，基于發送節點上傳帶寬以及接收節點下載帶寬和磁盤容量，通過超級節點群內節點間協同緩存、超級節點群與CDNs節點間協同緩存，將流行度高的視頻資源放置在靠近用戶側，從而減少ISPs間回程鏈路流量，提高用戶的播放流暢度和緩存命中率。

技術領域

本發明涉及計算機網絡、對等網絡技術、流媒體技術領域，具體是一種CDN-P2P混合架構下效用最優協同緩存管理方法。

背景技術

網絡視頻是互聯網主要應用之一，也是網絡中主要流量來源之一，用戶規模龐大且不斷增長，龐大的用戶規模會產生巨大的帶寬成本。近幾年來，HTTP自適應流媒體技術簡稱DASH，其融合了傳統的實時流協議(Real Time Streaming Protocol，RTSP)/(Real TimeProtocol，RTP)技術和HTTP漸進式下載技術的優點。由于具有部署簡單、易于拓展等特點，受到的廣泛應用。商業部署的代表性產品，包括微軟的平滑流技術(Smooth Streaming，SS)、蘋果公司的HLS(HTTP Live Streaming，HTTP直播流)、Adobe的HDS(HTTP DynamicStreaming，HTTP動態流)。流媒體傳輸的最大好處在于，它在播放前并不會將整個媒體文件下載下來，只是緩存部分媒體內容，用戶不必等到整個流媒體資源下載完成才能播放，用戶只需要等待短暫的啟動時延即可觀看，實現邊下邊播。

P2P技術與內容分發網絡(Content Delivery Network，CDN)結合構建一個混合的CDN-P2P體系結構。CDNs節點采用P2P方式進行組織，CDNs節點之間以P2P連接方式進行共享、緩存數據，可以有效緩解中心服務器的壓力。然而，CDN技術進行視頻的分發，本質上仍是終端/服務器架構當用戶規模龐大時，帶寬成本隨之變得很昂貴。對等網絡技術在流媒體領域已被證明是一種降低帶寬成本和提高系統可拓展性的技術，如果將對等網絡技術與HTTP自適應流媒體技術融合，那么既可以利用前者低成本、高可拓展性等優點，也可利用后者部署簡單、易于拓展等優點。

在P2P流媒體系統中，節點所需要的流媒體視頻片段來自于臨近節點或者服務器。當一個節點的臨近節點無相應流媒體片段資源時，才會向服務器請求。隨著廣大智能終端設備(智能手機、ipad、手提電腦等)的普及，很多設備都擁有著大的容量以及高的帶寬。如果多種類型的終端能夠采用同一種流媒體技術和互相協作的內容分發策略，基于設備緩存特性采用協作緩存方案，將有助于共享傳輸流媒體視頻。現有的很多固定終端設備(臺式電腦、電視機等)都存在一個磁盤緩沖區，該緩沖區能對視頻進行存儲并保存相當長一段時間，這使得一些流行視頻的服務時間變得更長。然而并不是每個終端節點都有能力服務其他節點，因此，從終端設備中選取一些性能良好的節點進行服務能夠卸載部分回程流量。考慮單個終端節點的服務能力較弱，如何組織終端節點聚合成節點群是一個需要考慮的問題。網絡中存在的大多數流量費用是通過跨ISPs域傳輸數據所產生，根據ISPs間的視頻資源的供需關系，如何構建一個基于效用數學的模型并對該模型進行優化是一個重要的問題。基于效用最優模型，如何利用CDNs節點與終端節點決策待緩存視頻的去留是一個重要的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，而提供一種CDN-P2P混合架構下效用最優協同緩存管理方法。

實現本發明目的的技術方案是：

一種CDN-P2P混合架構下效用最優協同緩存管理方法，該方法首先構建一個超級節點群；其次，根據ISPs域間的資源供需關系，基于全局優化目標構建相應數學模型，并利用資源分配貪心算法對模型進行優化；最后，基于效用最優模型設計一個協同緩存管理方法；