子节点、父节点以及用于多层次视频网络的缓存方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种子节点、父节点以及用于多层次视频网络的缓存方法及系统，其中多层次视频网络包括至少一父节点以及与父节点连接的多个子节点，该方法包括：收集每一子节点的针对内容集中的每一内容的用户请求到达率；基于用户请求到达率、每一子节点的存储容量和上传带宽以及每一内容的大小确定每一子节点针对每一内容的最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略。通过上述公开内容，本发明所揭示的技术方案可充分节约网络带宽，并实现缓存节点之间的协作，另外更可兼容于异构的网络资源环境。
【专利说明】子节点、父节点以及用于多层次视频网络的缓存方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及网络通信【技术领域】，特别是涉及一种子节点、父节点以及用于多层次视频网络的缓存方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着计算机网络技术和基础设施建设的迅猛发展，多媒体服务提供商所提供的高分辨率视频点播等多媒体网络业务逐渐兴起。这些业务通常利用缓存系统中的带宽和存储资源，向终端用户提供高质量且不间断的视频流。然而，不断增长的用户数量和对服务质量的更高需求也给服务提供商带来极大压力。视频点播系统的整体带宽和存储资源有限，因此服务提供商不得不加大基础设施建设的投资来满足日益增长的用户需求。在这一背景下，如何有效地利用缓存系统的带宽资源和存储资源来更好地满足用户的需求成为一个需要重点考虑的问题。然而当这个问题被放到分布式环境下的缓存系统中时，系统资源和用户访问行为的异构性使得缓存系统的策略更为复杂，难以实现各个节点之间的高效协调。因此，如何利用已有的基础设施架构，在异构网络环境中最大限度地实现缓存节点之间的协作，满足用户对于服务的需求，是分布式领域的一个重要研究内容。
[0003]在现有的层次式缓存系统中，用户请求在多层次视频网络中以向上的路径传递。一旦服务器上存储有相关内容即满足该请求。同时系统通常采用最小包路径长度作为优化目标来确定缓存的策略。首先获得系统的整体拓扑结构，各个节点的存储容量信息和用户访问的模式，进而将缓存策略问题形式化为一个优化问题。优化的目标是最小化请求的访问路径长度。然而，这一传统策略存在几个重要缺陷。首先，静态的请求路由仅能实现不同层次间的缓存协作，而难以实现同一层次上节点的缓存协作，从而影响了分布式缓存服务器间的资源共享；其次，当前视频系统消耗大量的网络带宽，仅仅以请求包路径长度作为优化目标不符合系统的实际需求；再次，为了简化问题的复杂度，传统的优化缓存策略通常假设存在同构的系统资源配置，这并不符合系统的实际情况。
[0004]在现有技术中，更提出了一种面向IPTV (Internet Protocol Television,网络协定电视)系统的分布式缓存算法。该方法提出了以最小化内容传输代价为目标的优化问题。其中在后续系统验证中，内容传输代价以从返回内容的源节点至用户的传输距离为基本衡量标准。该方法假设系统资源受限且整体同构，即同层次节点均具有相同的存储能力，且用户请求在每个节点上均同构。在此基础上，该方法提出了如下的分布式缓存策略:
[0005]1.关注度最高的内容在所有底层节点上均存储；
[0006]2.关注度次高的某一内容仅在部分底层节点上存储；
[0007]3.关注度较低的剩余内容仅在某一个底层节点存储。
[0008]该方法进一步将该策略简化为一种基于内容效用度的贪婪式算法。其中关注度较高的内容具有较高的效用度，关注度较低的内容在已经被其它节点存储的情况下具有较低的效用度。[0009]现有技术的方法存在如下缺陷:该方法假设系统整体资源同构。然而在实际大规模视频系统中，服务器的容量通常具有异构性，且不同地区的用户对于内容的请求往往具有不同的模式；该方法未能体现当前视频系统中的带宽消耗特性，在面向高清视频系统的缓存策略设计中，不应当仅仅以路径长度作为系统性能的衡量标准，而同样需要考虑有限的带宽资源问题。
【发明内容】
[0010]本申请主要解决的技术问题是提供一种用于多层次视频网络的缓存方法及系统实施方式，能充分节约网络带宽，并实现缓存节点之间的协作，另外更可兼容于异构的网络资源环境。
[0011]第一方面提供了一种用于多层次视频网络的缓存方法，其中多层次视频网络包括至少一父节点以及与父节点连接的多个子节点，该方法包括:收集每一子节点的针对内容集中的每一内容的用户请求到达率；基于用户请求到达率、每一子节点的存储容量和上传带宽以及每一内容的大小确定每一子节点针对每一内容的最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略。
[0012]结合第一方面的实施方式，在第一种可能的实施方式中，基于用户请求到达率、每一子节点的存储容量和上传带宽以及每一内容的大小确定每一子节点针对每一内容的最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略的步骤包括:每一子节点利用各自的用户请求到达率、存储容量、每一内容的大小以及针对每一内容的迭代系数计算每一子节点针对每一内容的当前存储策略，并发送当前存储策略至父节点；父节点根据多个子节点的当前存储策略、用户请求到达率以及每一内容的大小计算当前总内容需求，并传送当前总内容需求至每一子节点；每一子节点根据当前总内容需求以及各自的上传带宽计算上传带宽分配策略，并传送至父节点；父节点根据上传带宽分配策略、上传带宽以及当前总内容需求更新迭代系数，并返回确定当前存储策略的步骤，直至当前存储策略和上传带宽分配策略收敛至最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略。
[0013]结合第一方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，每一子节点利用各自的用户请求到达率、存储容量、每一内容的大小以及针对每一内容的迭代系数计算每一子节点针对每一内容的当前存储策略的步骤包括:在每一子节点中，定义当前存储策略为:
[0014]
【权利要求】
1.一种用于多层次视频网络的缓存方法，其中所述多层次视频网络包括至少一父节点以及与所述父节点连接的多个子节点，其特征在于，所述方法包括: 收集每一所述子节点的针对内容集中的每一内容的用户请求到达率； 基于所述用户请求到达率、每一所述子节点的存储容量和上传带宽以及每一所述内容的大小确定每一所述子节点针对每一所述内容的最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述用户请求到达率、每一所述子节点的存储容量和上传带宽以及每一所述内容的大小确定每一所述子节点针对每一所述内容的最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略的步骤包括: 每一所述子节点利用各自的所述用户请求到达率、所述存储容量、每一所述内容的大小以及针对每一所述内容的迭代系数计算每一所述子节点针对每一所述内容的当前存储策略，并发送所述当前存储策略至所述父节点； 所述父节点根据所述多个子节点的所述当前存储策略、所述用户请求到达率以及每一所述内容的大小计算当前总内容需求，并传送所述总内容需求至每一所述子节点； 每一所述子节点根据所述当前总内容需求以及各自的上传带宽计算所述上传带宽分配策略，并传送至所述父节点； 所述父节点根据所述上传带宽分配策略、所述上传带宽以及所述当前总内容需求更新所述迭代系数，并返回确定当前存储策略的步骤，直至所述当前存储策略和所述上传带宽分配策略收敛至所述最佳存 储策略及最佳上传带宽分配策略。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述每一所述子节点利用各自的所述用户请求到达率、所述存储容量、每一所述内容的大小以及针对每一所述内容的迭代系数计算每一所述子节点针对每一所述内容的当前存储策略的步骤包括: 在每一所述子节点中，定义所述当前存储策略为:
,.1l.for ^ e[l.r); X-At) = Ih
' [0, tor A s=[z,| K Ij为所述当前存储策略=>&}，K为内容集，k为所述内容集K中的每一内容，sk为每一所述内容k的大小，Bij为存储容量，1、j为不等于O的正整数，h为正数，在Zg (O = I时，所述子节点存储所述内容k，在;(6(/) = O时，所述子节点放弃存储所述内容k, t为所述迭代系数的迭代次数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述父节点根据所述多个子节点的所述当前存储策略、所述用户请求到达率以及每一所述内容的大小计算当前总内容需求的步骤包括: 根据以下等式获取所述当前总内容需求:
(Α(/) = Χλ;.jeJ 其中，Qk(t)为当前总内容需求，<(0为所述当前存储策略，名为所述用户请求到达率，K为内容集，k为所述内容集K中的每一所述内容，Sk为每一所述内容k的大小，1、j、J为不等于O的正整数，t为所述迭代系数的迭代次数。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述每一所述子节点根据所述当前总内容需求以及各自的上传带宽计算所述上传带宽分配策略的步骤包括: 根据以下等式计算所述上传带宽分配策略:
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述所述父节点根据所述上传带宽分配策略、所述上传带宽以及所述当前总内容需求更新所述迭代系数的步骤包括: 根据以下等式更新迭代系数:
7.一种用于多层次视频网络的缓存系统，其中所述多层次视频网络包括至少一父节点以及与所述父节点连接的多个子节点，其特征在于，所述系统包括: 收集单元，用于收集每一所述子节点的针对内容集中的每一内容的用户请求到达率；策略确定单元，用于基于所述用户请求到达率、每一所述子节点的存储容量和上传带宽以及每一所述内容的大小确定每一所述子节点针对每一所述内容的最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述策略确定单元包括: 当前存储策略获取单元，设置在每一所述子节点中，用于利用每一所述子节点中各自的所述用户请求到达率、所述存储容量、每一所述内容的大小以及针对每一所述内容的迭代系数计算每一所述子节点针对每一所述内容的当前存储策略，并发送所述当前存储策略至所述父节点；当前总内容需求获取单元，设置在所述父节点中，用于根据所述多个子节点的所述当前存储策略、所述用户请求到达率以及每一所述内容的大小计算当前总内容需求，并传送所述当前内容需求至每一所述子节点； 上传带宽分配策略获取单元，设置在每一所述子节点中，用于根据所述当前总内容需求以及各自的上传带宽计算所述上传带宽分配策略，并传送至所述父节点； 迭代系数更新单元，设置在所述父节点中，用于根据所述上传带宽分配策略、所述上传带宽以及所述当前总内容需求更新所述迭代系数，并返回所述更新后的迭代系数至当前存储策略获取单元，直至所述当前存储策略获取单元判断到所述当前存储策略和所述上传带宽分配策略收敛至所述最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述当前存储策略获取单元用于: 在每一所述子节点中，定义所述当前存储策略为:
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述当前总内容需求获取单元用于: 根据以下等式获取所述当前总内容需求:
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述上传带宽分配策略获取单元用于: 根据以下等式计算所述上传带宽分配策略:
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述迭代系数更新单元用于:根据以下等式更新迭代系数:
13.一种子节点，其特征在于，包括: 收集单元，用于收集所述子节点的针对内容集中的每一内容的用户请求到达率； 当前存储策略获取单元，用于利用所述子节点中的所述用户请求到达率、所述存储容量、每一所述内容的大小以及针对每一所述内容的迭代系数计算每一所述子节点针对每一所述内容的当 前存储策略，并发送所述当前存储策略至所述父节点； 上传带宽分配策略获取单元，用于根据从所述父节点获取的当前总内容需求以及各自的上传带宽计算所述上传带宽分配策略，并传送至所述父节点； 上传带宽分配策略获取单元，用于根据所述当前总内容需求以及各自的上传带宽计算所述上传带宽分配策略，并传送至所述父节点。
14.根据权利要求13所述的子节点，其特征在于，所述当前存储策略获取单元用于: 在所述子节点中，定义所述当前存储策略为:
15.根据权利要求13所述的子节点，其特征在于，所述上传带宽分配策略获取单元用于: 根据以下等式计算所述上传带宽分配策略:
16.一种父节点，其特征在于，包括: 当前总内容需求获取单元，用于根据分别从多个子节点获取的当前存储策略、用户请求到达率以及每一所述内容的大小计算当前总内容需求，并传送所述当前内容需求至每一所述子节点； 迭代系数更新单元，用于根据分别从多个子节点获取的上传带宽分配策略、上传带宽以及所述当前总内容需求更新所述迭代系数，并返回所述更新后的迭代系数至每一所述子节点，直至每一所述子节点判断到所述当前存储策略和所述上传带宽分配策略收敛至所述最佳存储策略及最佳上传带宽分配策略。
17.根据权利要求16所述的父节点，其特征在于，所述当前总内容需求获取单元用于: 根据以下等式获取所述当前总内容需求:
18.根据权利要求16所述的父节点，其特征在于，所述迭代系数更新单元用于: 根据以下等式更新迭代系数:
【文档编号】H04N21/2385GK103974082SQ201310030160
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】李波, 刘义俊 申请人:华为技术有限公司