基于选择型马尔科夫模型的CDN缓存管理系统研究

论文摘要

CDN（Content Delivery Network）是一个覆盖在互联网、由分布在不同区域的节点组成的虚拟网络,其采用缓存、复制、负载均衡和客户请求重定向等技术,将信息资源推向网络边缘,使得用户可以从“最近最好”的服务器快速访问到所需的内容,大大提高了访问速度。但近年来,随着视频高清晰度标准的出台与宽带技术的飞速发展,CDN平台也面临着大容量流媒体文件的缓存管理问题。本文在研究流媒体用户访问行为和现有缓存管理技术的基础上,提出副本缓存与部分缓存相结合的二级CDN缓存架构。将完整的媒体文件缓存到一级代理服务器上集中管理,而在二级缓存代理服务器上缓存管理最热门的媒体数据分段,并将二级代理服务器分布到网络边缘,为大部分的用户访问提供服务。为此,本文引入了选择型马尔科夫模型,并把研究重点放在部分缓存管理策略上。通过对用户历史访问数据的统计和分析,结合状态合并算法为用户拖拽操作建立马尔科夫模型,再通过状态剪枝算法优化从而得到选择型马尔科夫模型,从中提取出代表用户访问习惯的访问模式,结合LRU-2缓存替换算法构建出专门为流媒体环境设计的FPMMVLikeLRU2缓存管理策略。最后,通过SIMULINK仿真平台进行算法仿真实验,在访问延时,字节命中率和空间复杂度等方面,与LRU-2,SP-LRU-2和FP-LRU-2等经典算法进行比较,从中证明本缓存预取策略的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外发展动态
• 1.1.1 主要的CDN厂商
• 1.1.2 流媒体发展动态
• 1.1.3 流媒体用户行为研究
• 1.2 课题研究内容及预期目标
• 1.3 本文的组织结构
• 第2章 基本概念与原理绪论
• 2.1 CDN的起源和基本概念
• 2.2 CDN的关键技术
• 2.2.1 内容路由技术
• 2.2.2 内容分发技术
• 2.2.3 缓存的物理存储
• 2.2.4 缓存管理策略
• 2.2.5 实时流传输协议（RTSP）
• 2.3 马尔科夫模型的基础知识
• 2.3.1 基本定义
• 2.3.2 选择型马尔科夫模型
• 2.3.3 剪枝优化策略
• 第3章 流媒体用户访问行为研究
• 3.1 用户行为分析技术
• 3.2 用户行为分析的数据支持
• 3.3 流行度分布研究
• 3.3.1 媒体对象间的流行度分布
• 3.3.2 媒体对象内部的流行度分布
• 3.4 用户拖拽行为研究
• 第4章 CDN缓存管理系统架构设计
• 4.1 总体设计方案
• 4.2 流媒体CDN服务系统的拓扑设计
• 4.3 系统主要模块设计
• 4.3.1 主要交互模块
• 4.3.2 监控模块（能力值抽象）
• 4.3.3 心跳协议与运行状态
• 4.3.4 异常检测与处理
• 4.3.5 缓存管理模块
• Vlike 分段缓存管理策略'>第5章 FPMM_Vlike 分段缓存管理策略
• 5.1 马尔科夫建模
• 5.2 剪枝优化
• 5.3 用户模式提取
• 5.3.1 模式优先级
• 5.4 缓存预取算法
• 5.5 算法性能分析
• 5.5.1 模拟测试平台
• 5.5.2 模拟测试结果及分析
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢