P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法技术方案

本发明专利技术公开了P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，该方法实现了P2P流媒体系统中高效的缓存替换。首先，当播放的过的视频块从当前普通节点的播放区移除到普通区时，如果普通区已满，则依次计算视频的反馈数值、视频点播需求的可用值、修正因子，并基于反馈机制，计算淘汰指数；如果当前视频的淘汰指数最大则删除该视频块，否则计算最大淘汰指数视频中每一个视频块的缓存价值，删除价值最小的视频块。实施结果表明，本发明专利技术所设计的方法可以有效地降低热门视频的冗余副本，并将它们替换为冷门视频的副本，增加了冷门视频在P2P点播系统的副本数量，从而有效降低了服务器压力，提高了节点的缓存利用率。

Node Cache Replacement Method Based on Elimination Index in P2P Streaming Media On Demand System

The invention discloses a node cache replacement method based on elimination index in a P2P streaming media on demand system, which realizes efficient cache replacement in a P2P streaming media system. Firstly, when the overplayed video blocks are removed from the playback area of the current common node to the common area, if the common area is full, the feedback value of the video, the available value of the demand for VOD and the correction factor are calculated in turn, and the elimination index is calculated based on the feedback mechanism; if the elimination index of the current video is the largest, the elimination index is deleted. Otherwise, the cache value of each video block in the maximum elimination index video is calculated, and the video block with the lowest value is deleted. The implementation results show that the method designed by the present invention can effectively reduce redundant copies of popular videos and replace them with cold-door copies, increase the number of cold-door video copies in P2P VOD system, thus effectively reduce server pressure and improve the cache utilization of nodes.

【技术实现步骤摘要】
P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法
本专利技术涉及一种P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，属于多媒体通信

技术介绍
随着宽带带宽的升级和互联网的飞速发展、软硬件的不断升级、流媒体的技术快速发展，流媒体服务凭借其良好的娱乐性和社交性受到越来越多的网民欢迎。流媒体技术的进步与发展使得网民在观看视频前，只需要经过短暂的等待之后，即可以一边下载一边观看欣赏所点播的视频节目，从而无须再等到整个视频节目全部下载完毕。显然，流媒体技术给人们欣赏视频节目带来了更好的观看体验。由于对等网络(PeertoPeer，简称P2P)流媒体点播系统具有较好的可扩展性，学术界和工业界的研究人员以及工程师对其进行了深入的研究和研发。目前，基于P2P的流媒体点播系统已经在技术上实现了一定的突破，在国内外取得了丰硕的成果。在P2P网络中，每个节点是对等的，每一个节点可作为客户端(Client)向服务器或者向其他的节点获取视频资源，同时也可作为服务端(Server)给其他对等的节点提供自身节点含有的视频资源。在网络中，每个节点贡献出自己的上行带宽和内存中存储的视频资源，从而使得网络中节点对服务器视频流的需求大大降低，减轻了服务器的负担。在P2P流媒体点播系统中，流媒体资源都是被分为若干固定大小的分块在对等节点之间相互传输的。每个视频资源的数据块被分享的热度都是有差异的，需要针对数据块缓存提出的分段缓存替换方法，现有主流方法可以分为三种：(1)基于访问时间的缓存替换方法。该方法的主要思想是根据缓存数据的访问时间来选择缓存内容。其中，最近最少使用方法(LeastRecentlyUsed，简称LRU)是最典型的一种；(2)基于概率的缓存替换方法。缓存数据的访问频率是该类方法确定缓存的准则。最少使用缓存替换方法(LeastFrequentlyUsed，简称LFU)是该类方法的典型代表；(3)基于访问时间和访问频率的缓存替换方法。其中，最近最小频率的缓存方法(LeastRecentlyFrequentlyUsed，简称LRFU)是最具有代表性的一种。由于以上三种方法只是单独考虑单个节点的缓存替换，缺乏对整个系统的网络状态和其它节点的缓存信息的考虑，因此，现有的P2P流媒体系统在节点缓存管理方法上还存在着一些局限性，值得进一步的研究和改进。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，解决节点缓存局限性问题。本专利技术实现上述目的的技术解决方案是：P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，其特征在于，所述节点缓存替换方法包括：步骤1：当刚播放过的视频块Smp从当前普通节点的播放区移除到普通区时，判断普通区满载状态；如果普通区未满，则视频块Smp存入普通区，否则执行步骤2，其中所述视频块Smp指视频m的第p块；步骤2：从服务器获取视频块Smp所属视频m在当前时刻t的淘汰指数EIm(t)，同时获取普通节点普通区中已缓存的每个视频i在当前时刻t的淘汰指数EIi(t)，选出其中淘汰指数最大的视频，并表示为视频n，i为任意整数；步骤3：比对淘汰指数，若视屏m的淘汰指数大于视频n的淘汰指数，则从普通节点的缓存中删除视频块Smp，否则执行步骤4；步骤4：从服务器获取视频n中每一视频块j的缓存价值data_valuenj，并从中选出缓存价值最小的视频块Snq，之后将视频块Snq删除，并将视频块Smp存入普通区对应的空间实施替换，其中所述视频块Snq指视频n中的第q块，j为任意整数。进一步地，步骤2中获取视频i在当前时刻t的淘汰指数的步骤包括：计算视频的反馈数值,视频i在t时刻的反馈数值用feedbacki(t)表示，计算公式为：其中，0<λ1<1，λ2>1，γ>0，δ表示相邻两个周期服务压力之差，由计算公式得到，其中，表示视频i在t时刻对服务器产生的压力；表示视频i对服务器的平均压力，使用距离当前时刻t的临近Q个周期T来计算视频i对服务器的平均压力；由计算公式得到；计算视频点播需求的可用值，(AvailabilitytoDemand，简称ATD)是P2P系统中用于检测整体缓存状态的关键性指标，通过ATDi(t)表示在t时刻视频i的缓存整体状态，对于视频i设其被分为k个视频块，由计算公式得到，式中，Nij(t)表示视频i中第j块在P2P流媒体点播系统中的副本总数，ni(t)表示当前观看视频i的普通节点总数；计算修正因子，在t时刻对于视频i的修正因子用CFi(t)表示，由计算公式得到，其中，ni(t)表示P2P流媒体点播系统中在t时刻观看视频i的人数，β>1，nave(t)表示同系统中观看热门视频的平均人数，由计算公式得到，其中，Npopular表示系统中热门视频的总数，ppopular表示冷热门视频的阈值，pi为由服务器事先标记好的视频流行度，当满足pi>ppopular时判定为热门视频；基于反馈机制计算淘汰指数，视频i在t时刻的淘汰指数用EIi(t)表示，由计算公式EIi(t)＝σATDi(t)×CFi(t)×feedbacki(t)+(1-σ)EIi(t-T)得到，其中σ表示反馈灵敏度因子，0<σ<1。进一步地，步骤4从服务器获取视频n中每一视频块j在t时刻的缓存价值data_valuenj(t)的计算公式为：其中，request_timesnj(t)表示在t时刻，视频n的第j个视频块被点播的次数，cache_numbernj(t)表示在t时刻，视频n的第j个数据块的副本总数，，这两个量的值都可以从PSN中直接获得；ρ为大小介于0～1的比重因子，主要是用它来防止数据块缓存价值的抖动。data_valuenj(t)表示视频n的第j个数据块在t时刻的缓存价值，data_valuenj(t)值越大，表示视频n的第j个数据块对系统贡献越大，缓存价值越高。应用本专利技术创新提出的节点缓冲替换方法，较之于传统三种主流方法，具有突出的实质性特点和显著的进步性：能够有效地降低热门视频的冗余副本，并将它们替换为冷门视频的副本，增加了冷门视频在P2P点播系统的副本数量；并且有效降低服务器压力，提高节点缓存的利用率；在计算淘汰指数时引入反馈机制，使得淘汰指数的更新更加平滑。附图说明图1为本专利技术涉及的基于淘汰指数的节点缓存替换方法的流程图。图2为全部视频对服务器的压力与周期关系图。图3为热门视频对服务器的压力与周期的关系图。图4为冷门视频对服务器的压力与周期的关系图。图5为服务器压力与节点缓存大小的关系图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术创造作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术提供了P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，该方法包括如下步骤：步骤1：当播放的过的视频块Smp(视频m的第p块)从当前普通节点(PCN)的播放区移除到普通区时，判断普通区是否已经满；如果普通区未满，则Smp存入普通区，不做其他操作；否则，执行步骤2；步骤2：从服务器(PSN)获取视频块Smp所属视频m在当前时刻t的淘汰指数EIm(t)，同时获取PCN节点普通区中已缓存的每个视频i本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，其特征在于，所述节点缓存替换方法包括：步骤1：当刚播放过的视频块Smp从当前普通节点的播放区移除到普通区时，判断普通区满载状态；如果普通区未满，则视频块Smp存入普通区，否则执行步骤2，其中所述视频块Smp指视频m的第p块；步骤2：从服务器获取视频块Smp所属视频m在当前时刻t的淘汰指数EIm(t)，同时获取普通节点普通区中已缓存的每个视频i在当前时刻t的淘汰指数EIi(t)，选出其中淘汰指数最大的视频，并表示为视频n，i为任意整数；步骤3：比对淘汰指数，若视频m的淘汰指数大于视频n的淘汰指数，则从普通节点的缓存中删除视频块Smp，否则执行步骤4；步骤4：从服务器获取视频n中每一视频块j的缓存价值data_valuenj，并从中选出缓存价值最小的视频块Snq，之后将视频块Snq删除，并将视频块Smp存入普通区对应的空间实施替换，其中所述视频块Snq指视频n中的第q块，j为任意整数。

【技术特征摘要】
1.P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，其特征在于，所述节点缓存替换方法包括：步骤1：当刚播放过的视频块Smp从当前普通节点的播放区移除到普通区时，判断普通区满载状态；如果普通区未满，则视频块Smp存入普通区，否则执行步骤2，其中所述视频块Smp指视频m的第p块；步骤2：从服务器获取视频块Smp所属视频m在当前时刻t的淘汰指数EIm(t)，同时获取普通节点普通区中已缓存的每个视频i在当前时刻t的淘汰指数EIi(t)，选出其中淘汰指数最大的视频，并表示为视频n，i为任意整数；步骤3：比对淘汰指数，若视频m的淘汰指数大于视频n的淘汰指数，则从普通节点的缓存中删除视频块Smp，否则执行步骤4；步骤4：从服务器获取视频n中每一视频块j的缓存价值data_valuenj，并从中选出缓存价值最小的视频块Snq，之后将视频块Snq删除，并将视频块Smp存入普通区对应的空间实施替换，其中所述视频块Snq指视频n中的第q块，j为任意整数。2.根据权利要求1所述P2P流媒体点播系统中基于淘汰指数的节点缓存替换方法，其特征在于：步骤2中获取视频i在当前时刻t的淘汰指数的步骤包括：计算视频的反馈数值,视频i在t时刻的反馈数值用feedbacki(t)表示，计算公式为：其中，0<λ1<1，λ2>1，γ>0，δ表示相邻两个周期服务压力之差，由计算公式得到，其中，表示视频i在t时刻对服务器产生的压力；表示视频i对服务器的平均压力，使用距离当前时刻t的临近Q个周期T来计算视...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏昕，赵家林，丁平船，周亮，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32