本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法。

背景技術(shù)：

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展及在線視頻內(nèi)容的急劇增長,在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)緩存視頻時，提升終端用戶體驗以及降低用戶費用便顯得尤為重要。然而，由于互聯(lián)網(wǎng)中視頻數(shù)量和用戶視頻需求與有限的存儲容量和鏈路帶寬之間的矛盾，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)高效地緩存視頻是一件比較困難的事情。

當(dāng)前存在的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存問題的解決方案的不足有：(1)依賴于靜態(tài)配置和時間平均請求到達(dá)率，并不能有效地解決動態(tài)請求模式中出現(xiàn)的問題；(2)同時解決視頻緩存問題和源節(jié)點選擇問題，導(dǎo)致算法復(fù)雜度過高，且耗費時間較長，效率過低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于改進(jìn)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存技術(shù)的不足，提出一種基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，讓所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共同緩存用戶所需的視頻，從而使視頻在存儲容量和鏈路帶寬受限的網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目偝杀咀钚　?/p>

本發(fā)明提出的聯(lián)合緩存架構(gòu)，指的是一種網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點各自開辟一定的緩存空間，并共同緩存用戶所需視頻資源的架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括直接與用戶基站相連的服務(wù)節(jié)點和與外界互聯(lián)網(wǎng)相連的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)PDN網(wǎng)關(guān)，下面簡稱節(jié)點。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：

一種基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，包括以下步驟：

步驟一：在所有節(jié)點緩存特定的視頻；

在基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，預(yù)留一部分比例為α的空間緩存用戶請求最多的視頻；然后利用剩下的空間保證網(wǎng)絡(luò)可以緩存所有視頻；若節(jié)點仍有剩余空間，則繼續(xù)在每個節(jié)點中緩存視頻，填滿所有節(jié)點緩存空間；尋找一個最佳α，使網(wǎng)絡(luò)的總緩存命中量達(dá)到最大；

步驟二：確定獲取視頻的最佳源節(jié)點；

視頻緩存完成后，當(dāng)一個節(jié)點i接收到對視頻k的請求時，節(jié)點i先在本地緩存中尋找視頻k，如果有則直接將視頻k發(fā)送給用戶；否則在其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的緩存中尋找視頻k；當(dāng)存在多個其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都緩存有視頻k時，根據(jù)視頻請求模式和鏈路狀態(tài)信息的動態(tài)變化，為視頻用戶尋找一個最佳的視頻源節(jié)點。

進(jìn)一步根據(jù)所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，步驟一中在所有節(jié)點緩存特定的視頻：

M為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點i的集合，N為所有需要緩存的視頻k的集合，S_k為視頻k的大小，λ_i^k表示節(jié)點i中收到用戶請求為視頻k的概率，其中λ_i^k∈[0，1]，可通過歷史統(tǒng)計計算或預(yù)測得到；y_i^k表示節(jié)點i的緩存中是否有視頻k，y_i^k＝0表示節(jié)點i的緩存中沒有視頻k，y_i^k＝1表示節(jié)點i的緩存中有視頻k，即y_i^k∈{0，1}；表示總緩存空間的緩存命中量，緩存命中量越大表示緩存空間中請求概率高的視頻越多，資源利用率越高，系統(tǒng)更高效；

在存儲空間和鏈路帶寬受限的情況下，通過合理地在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中緩存視頻數(shù)據(jù)，使本地網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的總緩存命中量達(dá)到最大，即取得最大值；節(jié)點緩存容量受限，D_i為節(jié)點i的緩存容量，則緩存視頻時必須滿足

具體步驟如下：(1-1)緩存請求概率最高的視頻；(1-2)保證緩存所有視頻；(1-3)填滿節(jié)點剩余空間；(1-4)尋找最佳分配方式。

進(jìn)一步根據(jù)所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，步驟一在所有節(jié)點緩存特定的視頻中的(1-1)緩存請求概率最高的視頻：

將網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點i的總緩存容量中預(yù)留比例為α的部分來緩存每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中請求概率最高的視頻，假設(shè)α為一個給定的數(shù)值；用P_i表示節(jié)點i緩存的視頻集合，D_i′表示節(jié)點i的剩余緩存容量；

對于集合M中的每個節(jié)點i，初始化集合P_i為空集，令為總?cè)萘恐斜壤秊棣恋牟糠秩萘?，初始化集合W＝{(i,k)|i∈M,k∈N}為所有可能的(i,k)配對的集合，初始化節(jié)點i的剩余緩存容量D_i′＝D_i；

當(dāng)D大于0且集合W不為空集時，令如果即視頻k^*的大小不大于節(jié)點i^*的剩余緩存容量，則令即把視頻k^*緩存到節(jié)點i^*中，同時將用來緩存請求概率最高視頻的部分容量D和節(jié)點i^*的剩余緩存容量均減去視頻k^*的大小S_k*；令W＝W-{(i^*，k^*)}，即把集合W中的(i^*，k^*)配對去掉，同時令表示節(jié)點i^*的緩存中有視頻k^*；

如果D大于0且集合W不為空集，則繼續(xù)緩存視頻；如果D等于0或者集合W為空集，則表示用來緩存請求概率最高視頻的空間已經(jīng)分配完，或者網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點均分配到所有的視頻；

緩存視頻結(jié)束后，得到每個節(jié)點i中緩存視頻的集合P_i以及全部P_i的并集N₀，集合N₀中的元素表示網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點緩存的視頻，所有視頻中請求概率最高的視頻緩存完畢。

進(jìn)一步根據(jù)所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，步驟一在所有節(jié)點緩存特定的視頻中的(1-2)保證緩存所有視頻：

令N_r表示網(wǎng)絡(luò)中沒有緩存的視頻的集合，即為了利用剩余的1-α部分空間實現(xiàn)所有視頻全覆蓋，并在保證緩存全部視頻的前提下使緩存命中量最大，則每個視頻只需在所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中緩存唯一復(fù)本即可；

存儲容量受限，則必須滿足

對于集合N_r中的每一個視頻k，令Y_k表示所有可以用于緩存視頻k的節(jié)點集合，初始化Y_k＝M；

在集合Y_k中尋找一個使取得最大值的節(jié)點i^*，即若視頻k的大小S_k大于節(jié)點i^*的剩余空間則令Y_k＝Y(jié)_k-i^*，即表示節(jié)點i^*不可以用于緩存視頻k；繼續(xù)在集合Y_k中尋找一個使λ_i^k取得最大值的節(jié)點i^*緩存視頻，直到Y(jié)_k變?yōu)榭占?；Y_k為空集表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沒有節(jié)點具有足夠的空間來緩存視頻k，即網(wǎng)絡(luò)無法保證緩存所有視頻，則當(dāng)前給定的α值是不合理的；

若S_k不大于節(jié)點i^*的剩余空間令N_r＝N_r-k，將視頻k緩存到節(jié)點i^*中，同時更新為減去視頻k的大小S_k；

N_r變?yōu)榭占?，緩存所有視頻結(jié)束。

進(jìn)一步根據(jù)所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，步驟一在所有節(jié)點緩存特定的視頻中的(1-3)填滿節(jié)點剩余空間：

視頻緩存完成后，各個節(jié)點i可能還有部分剩余空間；

N_i表示節(jié)點i沒有緩存的視頻的集合，P_i″表示節(jié)點i將要緩存的視頻k的集合；在不超過節(jié)點i的剩余緩存容量的條件下，即將使得最大的視頻加入集合P_i″中，同時將P_i″中的視頻緩存到節(jié)點i中；

遍歷集合M中的所有節(jié)點i，初始化集合P_i″為空集；

當(dāng)D_i′大于0且集合N_i不為空集時，令即N_i中最受歡迎的視頻；如果視頻k^*的大小S_k*不大于此時節(jié)點i的剩余容量D_i′，則令集合P_i″＝P_i″∪k^*，N_i＝N_i-k^*，把視頻k^*緩存到節(jié)點i中，將節(jié)點i剩余容量D_i′更新為D_i′減去S_k*；如果視頻k^*的大小S_k*大于此時節(jié)點i的剩余容量D_i′，令集合N_i＝N_i-k^*，不緩存視頻k^*；

如果D_i′大于0且集合N_i不為空集，則繼續(xù)按照所述方法，給節(jié)點繼續(xù)緩存視頻；如果D_i′等于0或者集合N_i為空集，則表示節(jié)點i的剩余緩存空間已經(jīng)分配完，或者節(jié)點i已經(jīng)緩存所有的視頻，集合P_i＝P_i∪P_i″，得到節(jié)點i中緩存的全部視頻；

遍歷完集合M中的所有節(jié)點i后，此時所有節(jié)點的緩存空間都已經(jīng)被填滿，并得到全部節(jié)點i和視頻k對應(yīng)的y_i^k值；記錄每個節(jié)點的緩存分配結(jié)果，即每個節(jié)點緩存的視頻集合P_i，并根據(jù)節(jié)點緩存空間分配結(jié)果得到緩存命中量的值。

進(jìn)一步根據(jù)所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，步驟一在所有節(jié)點緩存特定的視頻中的(1-4)尋找最佳分配方式：

總緩存空間中用于緩存請求概率高的視頻的空間比例α越大，緩存命中量也越大，則將緩存命中量表示為α的一個函數(shù)H(α)，即

選擇一個更大的α能夠提升系統(tǒng)的性能，避免網(wǎng)絡(luò)無法緩存全部視頻，采用二分法在[0,1]區(qū)間內(nèi)尋找最佳α，在保證緩存全部視頻的前提下，使得目標(biāo)值H(α)取得最大值，為α值設(shè)置一個下界α_l＝0，得到對應(yīng)H(α_l)的值；

若集合Y_k為空集，表示當(dāng)前α值不合理，即系統(tǒng)全部容量都無法保證覆蓋全部視頻，系統(tǒng)對容量不足的情況不作處理；

若集合Y_k為空集，為α值設(shè)置一個上界α_u＝1，得到對應(yīng)H(α_u)的值，如果沒有緩存視頻的集合N_r為空集，則表示用系統(tǒng)全部容量的α倍緩存的請求概率最高的視頻即為所有的視頻N，因此直接得到最佳α為1；

如果有緩存視頻的集合N_r為空集，在α_l和α_u之間使用二分查找法，若H(α_l)<H(α_u)，則令α_l＝(α_l+α_u)/2，重新計算H(α_l)；若H(α_l)>H(α_u)，則令α_u＝(α_l+α_u)/2，重新計算H(α_u)，直到H(α_l)＝H(α_u)，此時得到的H(α)為最大。

進(jìn)一步根據(jù)所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，步驟二中確定獲取視頻的最佳源節(jié)點：

當(dāng)一個節(jié)點i接收到對視頻k的請求時，節(jié)點i先在本地緩存中尋找視頻k，如果有則直接將視頻k發(fā)送給用戶，否則在其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的緩存中尋找視頻k；當(dāng)存在多個其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都緩存有視頻k時，選擇其中一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為所請求視頻k的最佳源節(jié)點；

把網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻緩存的時間劃分為若干個輪，每一輪持續(xù)時間為△t，在每一輪時間內(nèi)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點從用戶端接收請求；

對于網(wǎng)絡(luò)中的所有鏈路l，用f_l表示鏈路l上的總的傳輸速率；用L(j,i)表示從節(jié)點j到節(jié)點i的路徑；用ζ_l(·)表示已知的鏈路時延函數(shù)，是一個關(guān)于負(fù)載f_l的單調(diào)遞增函數(shù)，則表示從節(jié)點j發(fā)送一個單元的數(shù)據(jù)到節(jié)點i的時延成本；用R_i表示一輪時間內(nèi)節(jié)點i中被請求但沒有緩存的視頻的集合；用r_k表示視頻k的傳輸速率；用T_k表示擁有視頻k復(fù)本的所有節(jié)點的集合；用表示所有節(jié)點獲取視頻的加權(quán)時延成本之和；

通過為每個視頻k的請求選擇最佳的視頻源節(jié)點，使所有節(jié)點獲取視頻的加權(quán)時延成本之和達(dá)到最小，即使取得最小值；

按如下步驟進(jìn)行：

(2-1)建立本地負(fù)載表，網(wǎng)絡(luò)中的路由器定期地將各條鏈路的負(fù)載信息，即傳輸速率報告給各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，每個節(jié)點接收報告后建立一個具有全部鏈路負(fù)載信息的本地負(fù)載表；

(2-2)根據(jù)本地負(fù)載表尋找最佳源節(jié)點，每輪時間△t結(jié)束時，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點i處理接收到的視頻請求，假設(shè)收到對于視頻k的請求，則合并節(jié)點i中對于視頻k的全部請求；若節(jié)點i的本地緩存中無視頻k，則節(jié)點i根據(jù)本地負(fù)載表獲取每條鏈路的負(fù)載f_l，由得到傳輸視頻k到節(jié)點i時延成本最小的節(jié)點j^*，其中每條鏈路l必須滿足f_l≤C_l，C_l表示鏈路l的容量，即該鏈路所允許的最大的傳輸速率；確定最佳源節(jié)點j^*后，節(jié)點i向節(jié)點j^*請求發(fā)送視頻k；

(2-3)更新本地負(fù)載表，節(jié)點i向節(jié)點j^*發(fā)送對于視頻k的請求后，節(jié)點i和節(jié)點j^*更新節(jié)點i和節(jié)點j^*的本地負(fù)載表，將路徑L(j^*,i)經(jīng)過的所有鏈路l的負(fù)載f_l變成f_l+r_k，并將更新消息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的路由器；路由器將更新消息廣播給網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點，各個節(jié)點收到更新消息后更新本地負(fù)載表；

為節(jié)點i中的對視頻k的請求找到了最佳的源節(jié)點j^*，用戶通過最佳源節(jié)點j^*得到所請求的視頻。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明提出了一個可以解決網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存問題的聯(lián)合緩存架構(gòu)，能夠保證移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻數(shù)據(jù)的可靠、高效存儲和調(diào)用；

(2)本發(fā)明通過決定網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點應(yīng)該緩存的視頻，使網(wǎng)絡(luò)總緩存命中量達(dá)到最大值，從而節(jié)省了系統(tǒng)帶寬，提高資源利用率；

(3)本發(fā)明考慮了視頻請求模式和鏈路狀態(tài)信息的動態(tài)變化，為用戶在網(wǎng)絡(luò)中選擇一個最佳的視頻源節(jié)點，有效地降低了網(wǎng)絡(luò)時延成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地理解本發(fā)明的方案，但并不因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明所述基于聯(lián)合緩存架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)視頻緩存方法，具體如下：

步驟一：在所有節(jié)點緩存特定的視頻。

為了便于描述，令M為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點i的集合；N為所有需要緩存的視頻k的集合；S_k為視頻k的大小；λ_i^k表示節(jié)點i中收到用戶請求為視頻k的概率，其中λ_i^k∈[0，1]，可通過歷史統(tǒng)計計算或預(yù)測得到；y_i^k表示節(jié)點i的緩存中是否有視頻k，y_i^k＝0表示節(jié)點i的緩存中沒有視頻k，y_i^k＝1表示節(jié)點i的緩存中有視頻k，即yi_k^∈{0，1}；表示總緩存空間的緩存命中量，緩存命中量越大表示緩存空間中請求概率高的視頻越多，資源利用率越高，系統(tǒng)更高效。

在存儲空間和鏈路帶寬受限的情況下，通過合理地在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中緩存視頻數(shù)據(jù)，使本地網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的總緩存命中量達(dá)到最大，即取得最大值。由于節(jié)點緩存容量受限，令D_i為節(jié)點i的緩存容量，則緩存視頻時必須滿足

如圖1所示，在所有節(jié)點緩存特定的視頻，具體步驟如下：

(1-1)緩存請求概率最高的視頻。

將網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點i的總緩存容量中預(yù)留比例為α的部分來緩存每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中請求概率最高的視頻，假設(shè)α為一個給定的數(shù)值。用P_i表示節(jié)點i緩存的視頻集合，D_i′表示節(jié)點i的剩余緩存容量。

對于集合M中的每個節(jié)點i，初始化集合P_i為空集，令為總?cè)萘恐斜壤秊棣恋牟糠秩萘?，初始化集合W＝{(i,k)|i∈M,k∈N}為所有可能的(i,k)配對的集合，初始化節(jié)點i的剩余緩存容量D_i′＝D_i。

當(dāng)D大于0且集合W不為空集時，令如果即視頻k^*的大小不大于節(jié)點i^*的剩余緩存容量，則令即把視頻k^*緩存到節(jié)點i^*中，同時將用來緩存請求概率最高視頻的部分容量D和節(jié)點i^*的剩余緩存容量均減去視頻k^*的大小S_k*；令W＝W-{(i^*，k^*)}，即把集合W中的(i^*，k^*)配對去掉，同時令表示節(jié)點i^*的緩存中有視頻k^*。如果D大于0且集合W不為空集，則繼續(xù)緩存視頻；如果D等于0或者集合W為空集，則表示用來緩存請求概率最高視頻的空間已經(jīng)分配完，或者網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點均分配到所有的視頻。

緩存視頻結(jié)束后，得到每個節(jié)點i中緩存視頻的集合P_i以及全部P_i的并集N₀，集合N₀中的元素表示網(wǎng)絡(luò)中任一節(jié)點緩存的視頻，所有視頻中請求概率最高的視頻緩存完畢。

(1-2)保證緩存所有視頻。

令N_r表示網(wǎng)絡(luò)中沒有緩存的視頻的集合，即為了利用剩余的1-α部分空間實現(xiàn)所有視頻全覆蓋，并在保證緩存全部視頻的前提下使緩存命中量最大，則每個視頻只需在所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中緩存唯一復(fù)本即可。由于存儲容量受限，則必須滿足

對于集合N_r中的每一個視頻k，令Y_k表示所有可以用于緩存視頻k的節(jié)點的集合，初始化Y_k＝M。

在集合Y_k中尋找一個使取得最大值的節(jié)點i^*，即若視頻k的大小S_k大于節(jié)點i^*的剩余空間則令Y_k＝Y(jié)_k-i^*，即表示節(jié)點i^*不可以用于緩存視頻k；繼續(xù)在集合Y_k中尋找一個使λ_i^k取得最大值的節(jié)點i^*緩存視頻，直到Y(jié)_k變?yōu)榭占?。Y_k為空集表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沒有節(jié)點具有足夠的空間來緩存視頻k，即網(wǎng)絡(luò)無法保證緩存所有視頻，則當(dāng)前給定的α值是不合理的。

若S_k不大于節(jié)點i^*的剩余空間令N_r＝N_r-k，將視頻k緩存到節(jié)點i^*中，同時更新為減去視頻k的大小S_k。N_r變?yōu)榭占?，緩存所有視頻結(jié)束。

(1-3)填滿節(jié)點剩余空間。

視頻緩存完成后，各個節(jié)點i可能還有部分剩余空間。N_i表示節(jié)點i沒有緩存的視頻集合，P_i″表示節(jié)點i將要緩存的視頻k的集合。在不超過節(jié)點i的剩余緩存容量的條件下，即將使得最大的視頻加入集合P_i″中，同時將P_i″中的視頻緩存到節(jié)點i中。

遍歷集合M中的所有節(jié)點i，初始化集合P_i″為空集。

當(dāng)D_i′大于0且集合N_i不為空集時，令即N_i中最受歡迎的視頻；如果視頻k^*的大小S_k*不大于此時節(jié)點i的剩余容量D_i′，則令集合P_i″＝P_i″∪k^*，N_i＝N_i-k^*，把視頻k^*緩存到節(jié)點i中，將節(jié)點i剩余容量D_i′更新為D_i′減去S_k*；如果視頻k^*的大小S_k*大于此時節(jié)點i的剩余容量D_i′，令集合N_i＝N_i-k^*，不緩存視頻k^*。

如果D_i′大于0且集合N_i不為空集，則繼續(xù)按照所述方法，給節(jié)點繼續(xù)緩存視頻；如果D_i′等于0或者集合N_i為空集，則表示節(jié)點i的剩余緩存空間已經(jīng)分配完，或者節(jié)點i已經(jīng)緩存所有的視頻，令集合P_i＝P_i∪P_i″，得到節(jié)點i中緩存的全部視頻。

遍歷完集合M中的所有節(jié)點i后，此時所有節(jié)點的緩存空間都已經(jīng)被填滿，并得到全部節(jié)點i和視頻k對應(yīng)的y_i^k值。記錄每個節(jié)點的緩存分配結(jié)果，即每個節(jié)點緩存的視頻集合P_i，并根據(jù)節(jié)點緩存空間分配結(jié)果得到緩存命中量的值。

(1-4)尋找最佳分配方式。

總緩存空間中用于緩存請求概率高的視頻的空間比例α越大，緩存命中量也越大，則將緩存命中量表示為α的一個函數(shù)H(α)，即

選擇一個更大的α能夠提升系統(tǒng)的性能，避免網(wǎng)絡(luò)無法緩存全部視頻，采用二分法在[0,1]區(qū)間內(nèi)尋找最佳α，在保證緩存全部視頻的前提下，使得目標(biāo)值H(α)取得最大值。為α值設(shè)置一個下界α_l＝0，得到對應(yīng)H(α_l)的值。

如果集合Y_k為空集，表示當(dāng)前α值不合理，即系統(tǒng)全部容量都無法保證覆蓋全部視頻，系統(tǒng)對容量不足的情況不作處理。

如果集合Y_k為空集，為α值設(shè)置一個上界α_u＝1，得到對應(yīng)H(α_u)的值，如果沒有緩存視頻的集合N_r為空集，則表示用系統(tǒng)全部容量的α倍緩存的請求概率最高的視頻即為所有的視頻N，因此直接得到最佳α為1。

如果有緩存視頻的集合N_r為空集，在α_l和α_u之間使用二分查找法，若H(α_l)<H(α_u)，則令α_l＝(α_l+α_u)/2，重新計算H(α_l)；若H(α_l)>H(α_u)，則令α_u＝(α_l+α_u)/2，重新計算H(α_u)，直到H(α_l)＝H(α_u)，此時得到的H(α)為最大。

所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都緩存了特定的視頻。

步驟二：確定獲取視頻的最佳源節(jié)點。

當(dāng)一個節(jié)點i接收到對視頻k的請求時，節(jié)點i先在本地緩存中尋找視頻k，如果有則直接將視頻k發(fā)送給用戶；否則在其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的緩存中尋找視頻k。當(dāng)存在多個其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都緩存有視頻k時，選擇其中一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為所請求視頻k的最佳源節(jié)點。把網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻緩存的時間劃分為若干個輪，每一輪持續(xù)時間為△t。在每一輪時間內(nèi)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點從用戶端接收請求。

對于網(wǎng)絡(luò)中的所有鏈路l，用f_l表示鏈路l上的總的傳輸速率；用L(j,i)表示從節(jié)點j到節(jié)點i的路徑；用ζ_l(·)表示已知的鏈路時延函數(shù)，是一個關(guān)于負(fù)載f_l的單調(diào)遞增函數(shù)，則表示從節(jié)點j發(fā)送一個單元的數(shù)據(jù)到節(jié)點i的時延成本；用R_i表示一輪時間內(nèi)節(jié)點i中被請求但沒有緩存的視頻的集合；用r_k表示視頻k的傳輸速率；用T_k表示擁有視頻k復(fù)本的所有節(jié)點的集合；用表示所有節(jié)點獲取視頻的加權(quán)時延成本之和。

通過為每個視頻k的請求選擇最佳的視頻源節(jié)點，使所有節(jié)點獲取視頻的加權(quán)時延成本之和達(dá)到最小，即使取得最小值。

如圖1所示，確定獲取視頻的最佳源節(jié)點，按如下步驟進(jìn)行：

(2-1)建立本地負(fù)載表。網(wǎng)絡(luò)中的路由器定期地將各條鏈路的負(fù)載信息，即傳輸速率報告給各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，每個節(jié)點接收報告后建立一個具有全部鏈路負(fù)載信息的本地負(fù)載表。

(2-2)根據(jù)本地負(fù)載表尋找最佳源節(jié)點。每輪時間△t結(jié)束時，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點i處理接收到的視頻請求，假設(shè)收到對于視頻k的請求，則合并節(jié)點i中對于視頻k的全部請求。若節(jié)點i的本地緩存中無視頻k，則節(jié)點i根據(jù)本地負(fù)載表獲取每條鏈路的負(fù)載f_l，由得到傳輸視頻k到節(jié)點i時延成本最小的節(jié)點j^*，其中每條鏈路l必須滿足f_l≤C_l，C_l表示鏈路l的容量，即該鏈路所允許的最大的傳輸速率。確定最佳源節(jié)點j^*后，節(jié)點i向節(jié)點j^*請求發(fā)送視頻k。

(2-3)更新本地負(fù)載表。節(jié)點i向節(jié)點j^*發(fā)送對于視頻k的請求后，節(jié)點i和節(jié)點j^*更新節(jié)點i和節(jié)點j^*的本地負(fù)載表，將路徑L(j^*,i)經(jīng)過的所有鏈路l的負(fù)載f_l變成f_l+r_k，并將更新消息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的路由器；路由器將更新消息廣播給網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點，各個節(jié)點收到更新消息后更新本地負(fù)載表。

為節(jié)點i中的對視頻k的請求找到了最佳的源節(jié)點j^*，用戶通過最佳源節(jié)點j^*得到所請求的視頻。

以上僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行了描述，并不將本發(fā)明的技術(shù)方案限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思的基礎(chǔ)上所做的任何公知變形都屬于本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)范疇，本發(fā)明具體的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書的記載為準(zhǔn)。