CN105407004B - 基于边缘无线热点进行内容分发的方法及装置 - Google Patents

基于边缘无线热点进行内容分发的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘无线热点进行内容分发的方法及装置，其特征是，包括如下步骤：S1，将CDN区域划分为多个子区域；S2，每个子区域的无线热点收集本子区域用户的视频观看记录并周期汇报给调度服务器，所述调度服务器根据视频观看记录预测每个子区域在未来的设定时间段内的流行视频内容；S3，CDN服务器在当前带宽小于设定带宽的情况下，将流行视频内容复制到对应子区域的无线热点进行存储；S4，用户请求视频内容时先查看无线热点是否存储有所述视频内容，若存储有则直接从所述无线热点获取，否则从CDN服务器请求所述视频内容。本发明可以实现在提升用户体验的同时减少CDN系统服务开销。

Description

基于边缘无线热点进行内容分发的方法及装置
【技术领域】
本发明涉及基于边缘无线热点进行内容分发的方法及装置。
【背景技术】
网络中视频流量急剧增长,成为网络流量的主要部分。为了缓解CDN内容服务器负载，满足视频分发高带宽需求，提升用户体验，内容分发服务提供商将更多服务器部署到边缘更加靠近用户的地方。但是到底应该把服务器部署到距离用户多近的距离才能同时满足用户服务质量提升以及减少服务开销的要求是一个亟需解决的问题。
为了提升内容优化效率，已有的方法主要分为：(1)在给定服务器数量的基础上贪心的设置每个服务器的最优位置；(2)通过对内容进行聚类计算需要被复制到边缘服务器上的内容。但是，目前的方法并不能同时保证用户体验以及内容服务商成本达到最优。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于边缘无线热点进行内容分发的方法及装置，以实现在提升用户体验的同时减少CDN系统服务开销。
一种基于边缘无线热点进行内容分发的方法，包括如下步骤：
S1，将CDN区域划分为多个子区域；
S2，每个子区域的无线热点收集本子区域用户的视频观看记录并周期汇报给调度服务器，所述调度服务器根据视频观看记录预测每个子区域在未来的设定时间段内的流行视频内容；
S3，CDN服务器在当前带宽小于设定带宽的情况下，将流行视频内容复制到对应子区域的无线热点进行存储；
S4，用户请求视频内容时先查看无线热点是否存储有所述视频内容，若存储有则直接从所述无线热点获取，否则从CDN服务器请求所述视频内容。
在一个实施例中，
在步骤S1中，根据用户视频观看记录、无线热点分布动态地将CDN子区域划分为多个子区域。
在一个实施例中，
在CDN区域中用户和无线热点分布密集的地方划分的子区域数量，比用户和无线热点分布稀疏的地方划分的子区域数量更多。
在一个实施例中，
动态地将CDN区域划分为多个子区域需使得用户体验L(b,d)最大化：
L(b,d)＝αlog(b)-βd；
其中，b是用户从无线热点获取内容的平均带宽，d是用户访问视频内容的延时，α，β是权重系数。
在一个实施例中，
通过如下方法将CDN区域划分为多个子区域：
S11，初始化CDN区域为R0,对应的用户为U0，P0＝{(R0,U0)}；
S12，通过kmeans算法根据不同用户相互之间物理距离划分成两类子区域和用户：
其中，和分别表示第一次划分后的第一子区域和第二子区域，表示第一子区域内的用户，表示第二子区域内的用户；
其中，P1表示第一次划分，ni表示作为第i个聚类的子区域的中心点，为用户从中心点ni获取内容的带宽大小，表示用户到第i个聚类的中心点的物理距离，vi为第i个聚类用户请求的所有内容集合，α、β和γ是权重系数，如果g1(P1)大于0，则继续更新划分P1；
S13，对当前划分中每个子区域进行步骤S12操作，选择增益函数g(P)最大的划分为当前的子区域的此次划分，同时更新当前划分；
S14，迭代执行步骤S13，直到找不到任何划分能够使得增益函数g(P)大于0，此时的划分得到的多个子区域即为CDN区域的最优划分。
在一个实施例中，
在所述步骤S3中，按照负载转换能力大小排序，将流行视频内容依次复制到对应的各个子区域的无线热点上；其中，负载转换能力其中Qv,i表示第i个子区域的视频请求内容v的总流量，v.size是内容v的大小。
在一个实施例中，
在步骤S3中，通过如下步骤预测每个子区域在未来的设定时间段内的流行视频内容：
其中，Ri是第i个子区域相邻的子区域集合，vi是第i个子区域最流行的前N个视频内容集合，vj第j个子区域最流行的前N个视频内容集合；
将视频内容偏好Si作为第i个子区域未来的设定时间段内的流行视频内容。
本发明还提供了一种基于边缘无线热点进行内容分发的装置，包括：
第一处理单元，用于将CDN区域划分为多个子区域；
第二处理单元，用于使每个子区域的无线热点收集本子区域用户的视频观看记录并周期汇报给调度服务器，并使所述调度服务器根据视频观看记录预测每个子区域在未来的设定时间段内的流行视频内容；
第三处理单元，用于使CDN服务器在当前带宽小于设定带宽的情况下，将流行视频内容复制到对应子区域的无线热点进行存储；
第四处理单元，用于在用户请求视频内容时先查看无线热点是否存储有所述视频内容，若存储有则直接从所述无线热点获取，否则从CDN服务器请求所述视频内容。
在一个实施例中，
所述第一处理单元还用于，根据用户视频观看记录、无线热点分布动态地将CDN子区域划分为多个子区域。
在一个实施例中，
在CDN区域中用户和无线热点分布密集的地方划分的子区域数量，比用户和无线热点分布稀疏的地方划分的子区域数量更多。
本发明的有益效果是：
本发明提出基于无线热点进行内容分发方法，通过动态划分区域，使得每个区域的用户请求与对应的可用的无线热点资源相匹配，同时预测各个区域即将流行的内容，并在CDN服务器空闲的时候根据每个内容负载转移能力依次将内容复制到边缘热点上，实现了最大化用户从本地无线热点获取内容，达到提升用户内容获取质量同时提升服务器端资源，减少内容分发开销的目的。
【附图说明】
图1是本发明一种基于边缘无线热点进行内容分发的系统示意图。
【具体实施方式】
以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。
如图1所示，一种基于边缘无线热点进行内容分发的系统，包括了调度服务器、CDN服务器、位于每个子区域的无线热点和用户(手机、平板、个人计算机等)。
一种基于边缘无线热点进行内容分发方法，利用上述系统，包括如下步骤：
S1，将CDN区域划分为多个子区域。首先可以根据实际用户视频观看记录数据以及实际无线热点分布数据对CDN区域进行划分。
S2，每个子区域的无线热点收集本子区域用户的视频观看记录并周期汇报给调度服务器，所述调度服务器根据视频观看记录预测每个子区域在未来的设定时间段内的流行视频内容；
S3，CDN服务器在当前带宽小于设定带宽的情况下(即CDN服务器当前被利用的带宽小于设定带宽，而处于空闲的情况下)，将流行视频内容复制到对应子区域的无线热点进行存储；
S4，用户请求视频内容时先查看无线热点是否存储有所述视频内容，若存储有则直接从所述无线热点获取，否则从CDN服务器请求所述视频内容。
在一个实施例中，步骤S1中，通过根据用户视频内容请求和无线热点的分布对区域进行动态划分为多个子区域。
在不同的用户视频内容请求以及无线热点分布下，子区域划分的结果是不同的，对于比较密集的区域会进行更细粒度划分(即划分为更多的子区域)，以达到用户体验质量提升以及内容分发开销减少的目的。
S11，初始化CDN区域为R0,对应的用户为U0，P0＝{(R0,U0)},增益函数g(P)为负无穷大。
S12，通过kmeans算法根据不同用户相互之间物理距离将区域和用户划分为2类：
其中，和分别表示第一次划分后的第一子区域和第二子区域，表示第一子区域内的用户，表示第二子区域内的用户；
其中，P1表示第一次划分，ni表示作为第i个聚类的子区域的中心点，为用户从中心点ni获取内容的带宽大小，表示用户到第i个聚类的中心点的物理距离，vi为第i个聚类用户请求的所有内容集合，α、β和γ是权重系数，如果g1(P1)大于0，则继续更新划分P1；
S13，对当前划分P中每个子区域进行步骤S12操作，选择增益函数g(P)最大的划分为此次划分，同时更新当前划分P。
S14，迭代执行步骤S13，直到收敛，即找不到任何划分能够使得增益函数g(P)大于0，此时的划分即为CDN区域的最优划分。
以上算法可以描述如下：
初始化P＝{(R0,U0)}
执行Δgmax＝-∞
对所有(Ri,Ui)属于P执行
将(Ri,Ui)聚类成和
更新Δgmax为所有Δgi的最大值，记录最大值对应的下标为x
当Δgmax＞0
结束
这样，区域划分算法一直会迭代直到找不到更加细致的划分能够使得增益函数大于0，即同时优化用户体验质量，减少内容复制开销。
在一个实施例中，在CDN区域已经被划分为设定的子区域的情况下，将可能流行的内容从CDN服务器复制到每个子区域的无线热点。
通过在CDN服务器端订阅的带宽资源有空闲的时候主动地复制每子个区域将来一段时间可能流行的内容到每个子区域的无线热点上，提升服务器端带宽利用率。同时，每个区域无线热点上存储地内容可以服务本地的用户请求，减少对CDN服务器地负载，减少服务器需要订阅的峰值带宽，进一步减少服务器端带宽开销。
在步骤S2中：
边缘无线热点收集本区域用户对视频内容的访问记录，将用户偏好汇报给调度服务器。在一个实施例中，
其中，Ri是第i个子区域相邻的子区域集合，vi是第i个子区域最流行的前N个视频内容集合，vj第j个子区域最流行的前N个视频内容集合。在一个实施例中通过S1步骤所描述的方法动态分割区域，通过Jaccard系数量化不同子区域用户对内容的偏好差异。
调度服务器根据视频内容偏好Si预测各个子区域在将来一段时间的流行视频内容，指导CDN服务器选择复制到边缘无线热点的视频内容。
在步骤S3中：
CDN服务器在带宽空闲的时候，按照负载转换能力大小排序，将流行视频内容依次复制到对应的各个子区域的无线热点上，直到CDN服务器的带宽达到订阅带宽，其中，负载转换能力其中Qv,i表示第i个子区域的视频请求内容v的总流量，v.size是内容v的大小。
以上算法可以描述如下：
基于用户请求预测，计算每个视频内容转移负载能力
根据e(v,i)对所有将流行的视频内容进行排序；
当服务器当前带宽小于订阅带宽并且待复制到边缘热点的内容集合不为空；
复制负载转移能力最大的内容到对应子区域；
更新当前服务器可用带宽以及等待复制的内容集合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种基于边缘无线热点进行内容分发的方法，其特征是，包括如下步骤：
S1，将CDN区域划分为多个子区域；
S2，每个子区域的无线热点收集本子区域用户的视频观看记录并周期汇报给调度服务器，所述调度服务器根据视频观看记录预测每个子区域在未来的设定时间段内的流行视频内容；
S3，CDN服务器在当前带宽小于设定带宽的情况下，将流行视频内容复制到对应子区域的无线热点进行存储；
S4，用户请求视频内容时先查看无线热点是否存储有所述视频内容，若存储有则直接从所述无线热点获取，否则从CDN服务器请求所述视频内容；
在步骤S2中，通过如下步骤预测每个子区域在未来的设定时间段内的流行视频内容：
第i个子区域的视频内容偏好
其中，Ri是第i个子区域相邻的子区域集合，vi是第i个子区域最流行的前N个视频内容集合，vj第j个子区域最流行的前N个视频内容集合；
将视频内容偏好Si作为第i个子区域未来的设定时间段内的流行视频内容。
2.如权利要求1所述的基于边缘无线热点进行内容分发的方法，其特征是，
在步骤S1中，根据用户视频观看记录、无线热点分布动态地将CDN子区域划分为多个子区域。
3.如权利要求2所述的基于边缘无线热点进行内容分发的方法，其特征是，
在CDN区域中用户和无线热点分布密集的地方划分的子区域数量，比用户和无线热点分布稀疏的地方划分的子区域数量更多。
4.如权利要求2所述的基于边缘无线热点进行内容分发的方法，其特征是，动态地将CDN区域划分为多个子区域需使得用户体验L(b,d)最大化：
L(b,d)＝αlog(b)-βd；
其中，b是用户从无线热点获取内容的平均带宽，d是用户访问视频内容的延时，α，β是权重系数。
5.如权利要求2所述的基于边缘无线热点进行内容分发的方法，其特征是，通过如下方法将CDN区域划分为多个子区域：
S11，初始化CDN区域为R0,对应的用户为U0，P0＝{(R0,U0)}；
S12，通过kmeans算法根据不同用户相互之间物理距离划分成两类子区域和用户：
其中，和分别表示第一次划分后的第一子区域和第二子区域，表示第一子区域内的用户，表示第二子区域内的用户；
计算第一次划分的增益函数
其中，P1表示第一次划分，ni表示作为第i个聚类的子区域的中心点，为用户从中心点ni获取内容的带宽大小，表示用户到第i个聚类的中心点的物理距离，vi为第i个聚类用户请求的所有内容集合，α、β和γ是权重系数，如果g1(P1)大于0，则继续更新划分P1；
S13，对当前划分中每个子区域进行步骤S12操作，选择增益函数g(P)最大的划分为当前的子区域的此次划分，同时更新当前划分；
S14，迭代执行步骤S13，直到找不到任何划分能够使得增益函数g(P)大于0，此时的划分得到的多个子区域即为CDN区域的最优划分。
6.如权利要求2所述的基于边缘无线热点进行内容分发的方法，其特征是，在所述步骤S3中，按照负载转换能力大小排序，将流行视频内容依次复制到对应的各个子区域的无线热点上；其中，负载转换能力其中Qv,i表示第i个子区域的视频请求内容v的总流量，v.size是内容v的大小。
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