基于CDN的視頻獨(dú)立隊(duì)列緩存策略研究

賀青+劉偉海

【摘要】 視頻服務(wù)器緩存管理對(duì)視頻質(zhì)量有重要影響。為提高視頻服務(wù)器資源利用率、提高客戶端節(jié)目播放質(zhì)量和流暢性，本文提出一種視頻獨(dú)立隊(duì)列緩存管理算法。該算法通過建立一個(gè)獨(dú)立隊(duì)列模型對(duì)該算法進(jìn)行分析，可節(jié)省緩存資源，有效防止緩存上溢或下溢，為客戶端提供高質(zhì)量視頻感知，描述了詳盡的算法，并驗(yàn)證了其可行性和有效性。

【關(guān)鍵詞】 視頻緩存獨(dú)立隊(duì)列

一、引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的需求不斷提高，CDN技術(shù)[1]將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)“邊緣"，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容。視頻業(yè)務(wù)是4GLTE網(wǎng)絡(luò)和有線寬帶網(wǎng)絡(luò)的核心應(yīng)用之一。傳統(tǒng)的CDN視頻緩存技術(shù)[2]基于用戶訪問熱點(diǎn)資源進(jìn)行緩存，存在緩存盲區(qū)，為了提高視頻節(jié)目在客戶端播放的質(zhì)量，必須以一定的機(jī)制對(duì)視頻服務(wù)器緩存資源進(jìn)行有效管理。

緩存管理策略[3]的選擇對(duì)視頻緩存系統(tǒng)的性能有很重要的影響。視頻緩存服務(wù)器的緩存管理包括兩個(gè)部分：視頻服務(wù)器從視頻硬盤上獲取了節(jié)目的數(shù)據(jù)塊后必須先將其存放到一定的緩存區(qū)中，然后才能向網(wǎng)絡(luò)傳送；客戶端在接收到數(shù)據(jù)塊后必須將其放人緩存區(qū)，進(jìn)行平滑處理之后才能播放顯示。本文主要研究視頻服務(wù)器的緩存管理。

二、視頻緩存原理

視頻點(diǎn)播服務(wù)器的工作是周期性的，在每一個(gè)服務(wù)周期中，服務(wù)器從視頻硬盤上獲取各用戶點(diǎn)播節(jié)目的數(shù)據(jù)塊，并存放到相應(yīng)的緩存區(qū)中。數(shù)據(jù)塊以一定的速率從緩存區(qū)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，從而保證節(jié)目在客戶端的流暢播放。

2.1獨(dú)立隊(duì)列緩存模型

緩存管理策略決定以靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)方式分配緩存；不同的視頻流是擁有各自獨(dú)立的緩存還是共享緩存；同一視頻流在不同周期獲取的數(shù)據(jù)塊是存放在不同的緩存區(qū)還是后來者覆蓋先到者等等。由于緩存是視頻服務(wù)器相當(dāng)寶貴的資源，緩存管理策略的選擇首先應(yīng)當(dāng)考慮節(jié)省緩存資源，從而保證支持更多用戶的可用性。其次，盡可能避免緩存上溢或者下溢，防止出現(xiàn)異常。

每個(gè)進(jìn)入緩存服務(wù)器的視頻流都擁有一個(gè)獨(dú)立的緩存隊(duì)列，從視頻硬盤上獲取的視頻數(shù)據(jù)塊存放在動(dòng)態(tài)分配的緩存塊內(nèi)。如圖1所示。

2.2算法分析

針對(duì)緩存盲區(qū)，通過優(yōu)化緩存隊(duì)列熱點(diǎn)上報(bào)策略（建立獨(dú)立隊(duì)列、差異化設(shè)定上報(bào)周期和隊(duì)列長(zhǎng)度），優(yōu)先將熱點(diǎn)信息上報(bào)給視頻調(diào)度服務(wù)器、觸發(fā)緩存資源服務(wù)器回源。

三、熱點(diǎn)視頻獨(dú)立隊(duì)列緩存應(yīng)用

3.1應(yīng)用方案制定

通過對(duì)現(xiàn)網(wǎng)視頻緩存服務(wù)器隊(duì)列上報(bào)信息進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示為對(duì)SAS上報(bào)隊(duì)列信息一周的監(jiān)控情況：

根據(jù)視頻緩存服務(wù)流量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，騰訊、優(yōu)酷、愛奇藝視頻流量占比最高，為騰訊、優(yōu)酷和愛奇藝這三個(gè)熱門視頻應(yīng)用優(yōu)先配置獨(dú)立緩存隊(duì)列，可以減少熱點(diǎn)視頻資源積壓，從而增加緩存命中率，提升視頻緩存服務(wù)流量。

3.2應(yīng)用方案配置

通過統(tǒng)計(jì)現(xiàn)網(wǎng)騰訊、優(yōu)酷、愛奇藝日均緩存流量，評(píng)估獨(dú)立隊(duì)列配置所需服務(wù)器數(shù)量，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示：

以騰訊為例，獨(dú)立隊(duì)列配置如下：

3.3應(yīng)用效果分析

從騰訊、優(yōu)酷、愛奇藝隊(duì)列上報(bào)信息中可以看到，上報(bào)最低點(diǎn)擊數(shù)均控制在20左右，表明絕大部分熱點(diǎn)視頻資源的流量通過了緩存。統(tǒng)計(jì)優(yōu)化后各視頻流量及命中率如表3所示：

可以看到隊(duì)列調(diào)優(yōu)之后，騰訊、優(yōu)酷和愛奇藝緩存命中率顯著上升，均達(dá)到了90%以上，通過緩存的流量日均為8Gbps以上，顯著提升了緩存效率。統(tǒng)計(jì)優(yōu)化后各視頻撥測(cè)質(zhì)量情況如表4所示：

四、結(jié)束語

本文提出一種新穎的視頻獨(dú)立隊(duì)列緩存管理算法用于視頻點(diǎn)播服務(wù)器的緩存管理。該算法節(jié)省緩存資源，減少了緩存上溢或下溢的可能性，同時(shí)為客戶端流暢地播放節(jié)目提供了必要條件，下一步可分析更多的熱點(diǎn)業(yè)務(wù)，對(duì)這些熱點(diǎn)業(yè)務(wù)配置獨(dú)立隊(duì)列，提升緩存服務(wù)流量和質(zhì)量。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]雷葆華，孫穎，王峰，陳曉益等.CDN技術(shù)詳解.電子工業(yè)出版社.2012年6月.

[2]中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán).中國(guó)移動(dòng)內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)設(shè)備規(guī)范-邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)分冊(cè).2015年8月

[3]余圣發(fā)，陳曾平，莊釗文.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用的視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)綜述.通信學(xué)報(bào)，2007，28（1）111一118.