流媒体代理缓存技术研究

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1、盐城师范学院毕业设计(论文)流媒体代理缓存技术研究标准版(信息科学与技术学院,2002(4)班,00263146号)[摘要]随着流媒体技术在互联网上的广泛应用，原有用于加速Web内容分发的代理缓存技术也被应用于流媒体内容分发领域。然而，由于流媒体对象的一些独特特点，需要在传统Web缓存技术的基础上提出适用于流媒体对象的缓存技术。本丈分析了基于代理缓存的流媒体分发中的关键问题和技术挑战，对现有的各种流媒体缓存方案进行了综述、分类和比较，最后对流媒体代理缓存的未来发展方向进行了展望。[关键词]流媒体　代理缓存　Web内容分发1引言图

2、1部署代理缓存的网络体系结构近年来，随着多媒体点播应用的日益普及，多媒体内容的传输占用了当前Internet上的大部分流量，导致骨干带宽紧张和用户接入时延增加。代理缓存正是缓解这一矛盾的有效技术手段。该技术通过将代理服务器部署在网络边缘靠近客户的地方，对热点对象进行缓存，使后续的视频流媒体请求由缓存提供服务来达到减轻骨干网络和服务器负载，提高用户服务质量的目的。具体网络拓扑如图1所示。代理缓存技术最初是用在Web内容的分发上。然而研究发现，流媒体内容在多个方面呈现出与普通Web内容不同的特征。第一，流媒体需要占用比普通Web内容

3、更大的存储空间，如果对流媒体对象进行类似于Web一样的整体缓存，少数视频流媒体对象就可以消耗掉所有的缓存容量，将大大降低缓存的利用率和命中率。第二，流媒体的分发需要在一段时间持续占用巨大的磁盘I/O带宽和网络带宽，以网络为主要研究场景时降低带宽的消耗成为主要考虑的技术目标之一。第三，用户通常会在流媒体播放过程中进行交互式操作，可能导致同一个会话中的流接入速率在不同时刻有所不同，对缓存的管理带来困难。第四，与无播放质量要求的传统Web内容不同，用户对于流媒体内容有一定的播放质量（如响应时延、画面抖动）需求，需要对从代理服务器播放的

4、视频流和从媒体服务器播放的视频流采用一定的调度策略。 第11页，共11页盐城师范学院毕业设计(论文)如何针对流媒体对象的特点研制新型缓存机制，是目前多媒体分发技术发展所迫切需要解决的问题。本文对近年来提出的流媒体代理缓存技术的各类方法进行了全面综述和分析。后文组织如下：第2节对现有的代理缓存技术进行综述，第3节对各种算法进行分类分析和比较，最后对代理缓存技术的发展趋势进行展望。2几种典型的流媒体缓存算法2.1选择缓存算法2.1.1选择缓存算法在用户接入带宽资源有限的情况下，保证正常的媒体播放速率成为媒体缓存算法的主要设计目标。有

5、一类缓存算法，根据带宽情况对影响媒体播放的关键数据或者内容有选择地缓存，我们把这类缓存算法称为选择缓存算法(SelectiveCaching)。Miao等人以保证正常媒体播放为前提，在考虑磁盘容量的约束条件下，提出了两种媒体数据帧选取缓存算法(Frame-SelectedCaching)[1]，分别针对骨干链路有无QoS保证时的情形。当骨干链路有QoS保证时，帧选取的原则是使得骨干链路的带宽需求和客户端播放缓存需求最小；当骨干链路无QoS保证时，帧选取的原则是使得代理缓存可以为客户端播放缓存提供尽可能多的帧，以提高网络拥塞时媒体

6、播放的鲁棒性。同样以降低骨干链路带宽需求为目标，Zhang提出不以媒体数据帧为缓存对象，而以部分超速率数据为对象的速率分段缓存算法(Rate-StagedCaching)[2]。该算法针对VBR流式传输，对高于指定数据传输阈值的媒体数据部分进行缓存。类比于时域上的前缀缓存，速率分段缓存算法也存在如何选取截断速率的问题。文[2]的研究表明，在磁盘容量和网络带宽两个约束下，确定优化的速率是一个背包问题。2.2基于间隔的缓存算法用户请求具有高度时域邻近性(Temporallocality)的情况下，对同一媒体对象的两个连续播放请求的间

7、隔内容做缓存，可以显著降低服务器的吞吐量。该类缓存算法称为基于间隔的缓存(IntervalCaching)，最初的思想由Dan提出[3]。当存在对媒体对象相同部分的两个连续请求时，则连续请求的间隔部分将随着播放过程被缓存。该算法目前已经有多种衍生版本，最具代表性的是Tewari提出的基于资源的缓存(ResourceBasedCaching，RBC)算法[4]。RBC算法以每个媒体对象对缓存空间和传输带宽的需求为约束条件，提出了一种启发式的算法选择媒体对象的缓存粒度进行选择，其粒度可以是一个滑动间隔、一系列邻近间隔的组合(文[4]

8、称为游程，run)，甚至是完整的媒体对象。2.3基于分段的缓存第11页，共11页盐城师范学院毕业设计(论文)基于间隔的缓存算法，其有效性依赖于用户请求在时域上的有效性。当到来请求的时间间隔较长时，其性能有可能退化到全对象缓存。为此，研究人员开始考虑选取部分的媒体