CN101232464A - 基于时间权参数的p2p实时流媒体缓存替换方法 - Google Patents

Abstract

基于时间权参数的实时流媒体缓存替换方法(TOW－Time Over Weight)属于互联网P2P实时流媒体和缓存替换技术领域，其特征在于TOW方法分析P2P实时流媒体应用用户“实时同步”的时间特性，同时考虑片断最后一次访问时间和片断预期剩余请求两个因素对于缓存效果的影响。TOW算法能够区分“冷热”频道和同一频道内的“冷热”片断，将“热门”片断尽可能的留在缓存中，提高缓存命中率。实验证实了本发明中方法的缓存效果高于常见的缓存替换方法，适合作为P2P实时流媒体应用的缓存替换方法。

Description

基于时间权参数的P2P实时流媒体缓存替换方法

技术领域

基于时间权参数的P2P实时流媒体缓存替换方法(TOW-Time Over Weight)属于互联网P2P实时流媒体和缓存替换方法研究领域。

背景技术

P2P的工作机制广泛的应用在现有的网络中，P2P应用产生巨大的网络流量，占用了ISP主干链路上的大部分带宽，这不但给ISP带来了设备运营和升级的压力，也影响到用户使用其它正常的网络应用。随着IP-TV(P2P实时流媒体)在网络上的流行，可以预见在未来ISP主干链路的流量中，P2P实时流媒体应用将占有相当大的比例，目前主要的研究集中在P2P文件分发应用和P2P非实时流媒体应用的缓存研究上，也有一些针对于P2P实时流媒体应用客户端的缓存替换方法的研究，很少有直接针对ISP的P2P实时流媒体应用的缓存方法的研究。而本发明针对P2P实时流媒体应用产生的流量给ISP带来的巨大压力提出了一种新的P2P实时流媒体缓存替换方法，该方法同时考虑片断的最后一次访问时间和片断预期请求次数，用以提高缓存命中率。

发明内容

本发明的目的在于提供适合于P2P实时流媒体应用的缓存替换方法，缓解P2P实时流媒体应用所产生的网络流量对ISP的巨大压力。

本发明的特征在于该方法部署于ISP主干链路的网络出口处的P2P实时流媒体缓存服务器内，该算法充分考虑P2P实时流媒体应用用户“实时同步”的时间特性和频道热门程度对于缓存命中率的影响，其步骤如下，见图1：

步骤(1)：初始化，设定：

缓存大小为CacheSize，其中：

第i个频道的位置标识符为CID_i，

第i个频道的频道热度为ChannelHOT_CIDi，

第i个频道使用的时间权参数为β_i；

步骤(2)：当第i个频道中的第j个P2P实时流媒体片断P_ij＝(ID_j，CID_i)请求到达缓存时，更新该片断的最后一次访问时间λ_ij为当前时刻，通过第i个频道的唯一频道标识CID_i和片断的标识ID_j判断该片断是否在缓存中：

若：存在，则把片断预期剩余请求次数CountCH_ij减一，响应片断请求，转步骤(2)，处理下一个到达的片断请求，

若：不存在，转入下一步骤；

步骤(3)：获取该片断，并把该片断P_ij＝(λ_ij，ID_j，CID_i，CountCH_ij)放入缓存中，

步骤(3.1)：把片断预期剩余请求次数CountCH_ij设置为频道热度，比较片断P_ij的长度与缓存中剩余空间的大小，

步骤(3.2)：若片断P_ij小于缓存中剩余空间的大小，则把该片段放入缓存中，响应片断请求，转步骤(2)，处理下一个到达片断请求；

步骤(3.3)：若片断P_ij大于缓存中剩余空间大小，则按以下步骤执行：

步骤(3.3.1)：计算缓存中每一个片断的权值W_ij：

W_ij＝λ_ij+β_i*CountCH_ij

步骤(3.3.2)：把缓存中具备最小权值W_ij的片断换出缓存，如果换出后缓存剩余空间大于片断大小，则把片断换入缓存中，否则重复步骤(3.3.2)。

本发明所提出的Time Over Weight的P2P实时流媒体缓存替换方法考虑片断的最后一次访问时间片断和预期剩余请求次数两个因素，通过时间权参数调整方法调节两者之问的权值，当时间权参数为零时，TOW方法退化为只考虑片断最后一次访问时间的LRU方法，当时间权参数足够大，远超过时间项时，TOW方法退化为只考虑片断预期剩余请求次数方法，本发明的TOW方法同时具备以上两种方法的优点，体现P2P实时流媒体应用用户“实时同步”的时间特性，区分冷热频道以及同频道内片断的冷热程度，提升缓存命中率。

附图说明

图1.TOW方法流程图。

图2.本发明的应用场景示例图。

图3.“多频道多用户”方法效果图，其中圆形，正方形，叉形，五角星，三角形1(尖角向向下)，三角形2(尖角向向上)，三角形3(尖角向左)，三角形4(尖角向右)，分别代表：FIFO(先进先出)，LSB(每字节最少发送)，LRU(最近最久未使用)，LFU(最近最少使用)，POST(片段预期剩余请求次数)，TOW-L(按照最后命中时间计算时间权)，TOW-F(按照到达时间计算时间权)，OPT(最优)。

具体实施方式

本发明的TOW-P2P实时流媒体缓存替换方法用于ISP部署的P2P实时流媒体缓存服务器上，ISP通常将缓存服务器部署在网络的出口处，如图2，将缓存服务器部署在校园网出口处或城域网的出口处。部署P2P实时流媒体缓存服务器能够有效地减轻网络出口处的流量压力，并且能缩短用户的播放延迟。

TOW方法具体实施步骤如下：

步骤(1)：初始化缓存大小为CacheSize，CID_i为第i个频道的唯一标识符，ChannelHOT_CIDi为该频道热度。β_i为该频道使用的时间权参数。转步骤(2)。

步骤(2)：当P2P实时流媒体片断请求P_ij＝(ID_j，CID_i)到达缓存时，更新该片断的最后一次访问时间λ_ij为当前时刻，通过频道标识CID_i和片断标识ID_j判断该片断是否在缓存中：查看缓存中CID_i频道中是否存在片断标识为ID_j的片断，如果存在，转到步骤(3)，如果不存在，转到步骤(4)。

步骤(3)：将片断预期剩余请求次数CountCH_ij减一，响应片断请求，转到步骤(5)。

步骤(4)：获取该片断，并把该片断P_ij＝(λ_ij，ID_j，CID_i，CountCH_ij)放入缓存中，必要时进行缓存替换，

步骤(4.1)：将片断预期剩余请求次数CountCH_ij设置为频道热度，如果片断太小，小于缓存中剩余空间大小，转步骤(4.2)；否则，转步骤(4.3)。

步骤(4.2)：计算每一个片断的权值：W_ij＝λ_ij+β_i*CountCH_ij，β_i为时间权参数，转步骤(4.3)。

步骤(4.3)：将所有W_ij中最小值的片断换出内存，如果换出后缓存剩余空间大于片断大小，转步骤(4.4)；否则，重复步骤(4.3)。

步骤(4.4)：将片断放入缓存中，转步骤(5)。

步骤(5)：处理下一个到达的片断请求，转步骤(2)。

实验使用的模拟数据以校园网作为应用场景：学生用户使用P2P实时流媒体软件观看感兴趣的电视节目，大部分用户集中在少数的热门频道上，用户流量绝大部分来自校园网外部，将缓存服务器部署在校园网络的出口，将考察用户数目，频道热门程度，缓存替换方法的变化对命中率的影响。实验采用“多频道多用户数据”作为缓存处理的序列。

图3显示了各种缓存替换方法下命中率随缓存相对大小的变化图，其中TOW-L表示按照片断最后一次访问时间进行替换的TOW方法，TOW-F表示按照片断第一次到达时间进行替换的TOW方法，图3显示了TOW-L的性能优于TOW-F方法，这证明了本发明采用最后一次访问时间描述“用户实时同步”时间特性的合理性。只按照片断预期剩余请求次数替换的方法(称为POST方法)的方法性能优于LFU方法，证实了本发明采用片断预期剩余请求次数而不是片断请求次数作为替换依据的合理性。图3显示TOW-L方法的性能优于高于传统的LFU，FIFO和P2P文件分发应用中的LSB方法，特别是高于LRU和POST方法，这证实了本发明同时考虑两个因素的缓存效果高于只考虑一个因素的缓存效果。

本发明同时考虑片断最后一次使用时间和片断预期剩余请求次数两个因素，通过调节时间权参数调整它们之间的权值，实验证实了P2P实时流媒体缓存替换方法TOW的性能高于常见的缓存替换方法。

由此可见，本发明达到了预期目的。

Claims (1)

1.基于时间权参数的P2P实时流媒体缓存替换方法，其特征在于，所述方法是因特网服务提供商ISP主干链路的网络出口处P2P实时流媒体缓存服务器内依以按如下步骤实现的：

步骤(1)：初始化，设定：

缓存大小为CacheSize，其中：

第i个频道的位置标识符为CID_i，

第i个频道的频道热度为ChannelHOT_CIDi，

第i个频道使用的时间权参数为β_i；

步骤(2)：当第i个频道中的第j个P2P实时流媒体片断P_ij＝(ID_j，CID_i)请求到达缓存时，更新该片断的最后一次访问时间λ_ij为当前时刻，通过第i个频道的唯一频道标识CID_i和片断的标识ID_j判断该片断是否在缓存中：

若：存在，则把片断预期剩余请求次数CountCH_ij减一，响应片断请求，转步骤(2)，处理下一个到达的片断请求，

若：不存在，转入下一步骤；

步骤(3)：获取该片断，并把该片断P_ij＝(λ_ij，ID_j，CID_i，CountCH_ij)放入缓存中，

步骤(3.1)：把片断预期剩余请求次数CountCH_ij设置为频道热度，比较片断P_ij的长度与缓存中剩余空间的大小，

步骤(3.2)：若片断P_ij小于缓存中剩余空间的大小，则把该片段放入缓存中，响应片断请求，转步骤(2)，处理下一个到达片断请求；

步骤(3.3)：若片断P_ij大于缓存中剩余空间大小，则按以下步骤执行：

步骤(3.3.1)：计算缓存中每一个片断的权值W_ij：

W_ij＝λ_ij+β_i*CountCH_ij

步骤(3.3.2)：把缓存中具备最小权值W_ij的片断换出缓存，如果换出后缓存剩余空间大于片断大小，则把片断换入缓存中，否则重复步骤(3.3.2)。

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