PDF《CCN 中用于可伸缩视频流的缓存替换策略》

1 Recij ∑ m i =

1 ∑ n j =

1 Recij (1) Rcsi = ∑ j =

1 Rcsij K (2) 其中, Recij ∈ {0,1,2,…} 表示单个时间单位内 用户对内容 Ci,j 发起请求的次数;

m,n 分别表示所请 求的视频标题的数量和所请求的视频片段的数量. 根 据内容流行度的量化定义,内容流行度是对一个内容 在请求周期内请求次数的估值,这样 Reqi 就代表了视 频文件 fi 的动态流行度. 在式

2 中, Rcsij ∈ {0,1},代表的是 CS 的存储空 间占有率. K 是该节点的缓存大小. 当Rcsij 取值为

0 时,代表内容 Ci,j 不在 CS 中缓存,值为

1 时,则缓存在 该节点的 CS 中. 实现的目标是分配与内容流行度成 比例的缓存大小,即Reqi = Rcsi . Reqi <

Rcsi 表示文 件fi 占用了比实际所需多的缓存空间. 相反, Reqi >

Rcsi 时,该节点则需要缓存更多的视频内容以满足请 ・

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1 ・ 第4期杨佳鑫等:CCN 中用于可伸缩视频流的缓存替换策略 万方数据 求比例,以提高 CS 的利用率. 1.

3 缓存替换策略 内容请求者根据内容序列号 j 的顺序请求视频片 段,因此后续片段在将来被请求的概率较大. 例如,如果CCN 路由器接收到对内容 Ci,6 的请求,那么随后的 比如 Ci,7 , Ci,8 等后续的片段被请求的概率将非常大. 因此,在CS 中缓存的这些后续片段中的任何一个将 具有比先前内容更高的请求机会. 当节点缓存已满的 时候,该算法将选择具有最小序列号 j 的片段剔除,留 下空间给随后需要缓存的片段. 如图

2 所示,当一个 CCN 路由器接收到一个视频 内容 Ci,j 时,首先将标题的流行度 Reqi 和CS 存储空间 占用率 Rcsi 进行比较. 如果 Reqi <

Rcsi ,说明视频文 件fi 占用的 CS 空间超过了它的需要. 因此,应该释 放一些缓存空间用于其他视频的缓存以提高 CS 的缓 存效率. 根据缓存替换策略, Ci,p 和Ci,q 具有最小的序 列号,所以应该将 Ci,p , Ci,q 两个视频片段删除. 如果 Reqi = Rcsi ,只将具有最小序列号的 Ci,p 删除. 如果 Reqi >

Rcsi ,说明视频文件 fi 的更多视频片段需要缓 存在该节点,所以 fi 的任一片段都不会被删除,相反, 将CS 中请求速率最小的文件 fk 中具有最小序列号的 Ck,p 删除. 整个算法流程如图

3 所示. 图2PBCSA 缓存替换策略 图3PBCSA 缓存替换实例

2 仿真模拟与分析 将PBCSA 策略与

3 种常用的块级缓存替换策略 LRU,LFU,FIFO 在图

4 所示的拓扑结构中进行对比, 并且通过 ndnSIM[14] 实现了 CCN 模型的仿真,将得到 的仿真数据导入到 Matlab 软件中进行处理,得到仿真 模拟图,最后对仿真结果进行评估. 图4PBCSA 仿真拓扑 为了在真实的网络环境中评估每个缓存替换策略 的性能,视频提供者和请求者都连接到网络拓扑的边 缘. 在模拟器中设置了

25 个不同的提供者,并且每个 视频标题都不一样,每个视频文件由

800 个视频片段 组成,这样总共就有

20 000 个视频片段. 同样的,设 置了

100 个视频请求者,并且不同视频文件的流行度 遵循 Zipf[15] 分布,并假定 α = 1. 2. 请求者从不同的时 间开始请求他们的目标视频,并且按照从该视频的开 始到视频序列号 j 的顺序请求,只有当全部

20 000 个 片段已经被其相应的请求者成功接收,每个模拟才会 停止. 图5是在不同的 CS 缓存容量下,100 位视频请求 者全部接收完所请求视频的总时间. 可以看到,PBC- SA 算法的完成时间明显少于其他三种常用的缓存替 换方法. 因为该算法降低了请求者和目标内容之间的 平均传输距离,从而减少了每个视频内容的平均传输 时间. 因此,缓存性能得到了大幅提升. 图6和图