| (11) | EP 2 800 386 B1 |
(12) | EUROPEAN PATENT SPECIFICATION |
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(54) | CHILD NODE, FATHER NODE AND BUFFER METHOD AND SYSTEM FOR MULTI-LAYER VIDEO NETWORK UNTERGEORDNETER KNOTEN, ÜBERGEORDNETER KNOTEN SOWIE PUFFERVERFAHREN UND -SYSTEM FÜR EIN MEHRSCHICHTIGES VIDEONETZWERK N UD ENFANT, NOEUD PÈRE ET PROCÉDÉ ET SYSTÈME DE TAMPON DE RÉSEAU VIDÉO À COUCHES MULTIPLES |
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Note: Within nine months from the publication of the mention of the grant of the European patent, any person may give notice to the European Patent Office of opposition to the European patent granted. Notice of opposition shall be filed in a written reasoned statement. It shall not be deemed to have been filed until the opposition fee has been paid. (Art. 99(1) European Patent Convention). |
TECHNICAL FIELD
BACKGROUND
SUMMARY
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
FIG. 1 is a schematic structural diagram of a network topology of a multi-layer video network according to an exemplary embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic structural diagram of a network topology of a sub-processing area of a multi-layer video network according to an exemplary embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a flowchart of a caching method for a multi-layer video network according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a flowchart of a caching method for a multi-layer video network according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a schematic structural diagram of a caching system for a multi-layer video network according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a schematic system structural diagram of a caching system for a multi-layer video network according to a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a schematic structural diagram of hardware of a child node in a caching system for a multi-layer video network according to a fifth embodiment of the present invention; and
FIG. 8 is a schematic structural diagram of hardware of a parent node in a caching system for a multi-layer video network according to a fifth embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Step 101: Collect a user request arrival rate of each child node with respect to each content in a content set.
Step 102: Determine an optimal storage policy and an optimal upload bandwidth allocation policy of each child node with respect to each content based on the user request arrival rate, storage capacity and upload bandwidth of each child node, and a size of each content. Parameters such as the user request arrival rate, the storage capacity and upload bandwidth of each child node, and the size of each content are fully considered, and these parameters are used to optimize the optimal storage policy and the optimal upload bandwidth allocation policy of each child node with respect to each content, which can save network bandwidth as much as possible and implement coordination among cache nodes, and is compatible with a heterogeneous network resource environment.
Step 201: Collect a user request arrival rate of each child node Cij with respect to each content in a content set.
In step 201, the Cij is used to represent each child node, K is used to represent a content set, k is used to represent each content in the content set, ∀k ∈ K, and
is used to represent a user request arrival rate of each content k.
Step 202: Each child node Cij calculates a current storage policy
of each child node Cij with respect to each content k by using the user request arrival rate
of each child node, storage capacity Bij, a size Sk of each content k, and an iteration coefficient
with respect to each content k, and sends the current storage policy
to the parent node Ci.
a first instruction for controlling the network adapter 703 to collect a user request arrival rate of the child node with respect to each content in a content set;
a second instruction for calculating a current storage policy of each child node with respect to each content by using the user request arrival rate in the child node, storage capacity, a size of each content, and an iteration coefficient with respect to each content;
a third instruction for controlling the network adapter 703 to send the current storage policy to the parent node;
a fourth instruction for controlling the network adapter 703 to calculate an upload bandwidth allocation policy according to a current total content demand obtained from the parent node and upload bandwidth of each child node, and transfer the upload bandwidth allocation policy to the parent node;
a fifth instruction for calculating the upload bandwidth allocation policy according to the current total content demand and the upload bandwidth of each child node; and
a sixth instruction for controlling the network adapter 703 to transfer the upload bandwidth allocation policy to the parent node.
a seventh instruction for calculating a current total content demand according to current storage policies obtained respectively from multiple child nodes, a user request arrival rate, and a size of each content;
an eighth instruction for controlling the network adapter 803 to transfer the current content demand to each child node;
a ninth instruction for updating an iteration coefficient according to upload bandwidth allocation policies obtained respectively from multiple child nodes, upload bandwidth, and the current total content demand; and
a tenth instruction for controlling the network adapter 803 to return the updated iteration coefficient to each child node until each child node determines that the current storage policy and the upload bandwidth allocation policy converge at an optimal storage policy and an optimal upload bandwidth allocation policy.
collecting a user request arrival rate
of each child node with respect to each content k in a content set K, where the value of the user request arrival rate
indicates the number of access requests for the content k arriving at each child node within unit time;
determining an optimal storage policy and an optimal upload bandwidth allocation policy of each child node with respect to each content k based on the user request arrival rate
storage capacity Bij and upload bandwidth U ji of each child node, and a size of each content Sk, comprising:
calculating, by each child node, a current storage policy
of each child node with respect to each content k by using the user request arrival rate
of each child node, the storage capacity Bij, the size of each content sk, and an iteration coefficient
with respect to each content k, and sending the current storage policy
to the parent node, wherein:
where
i and j are non-zero positive integers; h, is a positive number; when
the child node stores the content k ; when
the child node does not store the content k, and t is the number of iterations of the iteration coefficient
calculating, by the parent node, a current total content demand Qk(t) according to the current storage policy
of the multiple child nodes, the user request arrival rate
and the size of each content sk, and transferring the current total content demand Qk(t) to each child node, wherein the current total content demand Qk(t) is obtained according to the following equation:
wherein J is non-zero positive integers;
calculating, by each child node, an upload bandwidth allocation policy
according to the current total content demand Qk(t) and the upload bandwidth U j¡ of each child node, and transferring to the parent node, wherein the upload bandwidth allocation policy
is calculated according to the following equation:
wherein
and
updating, by the parent node, the iteration coefficient
according to the upload bandwidth allocation policy
the upload bandwidth U ji, and the current total content demand Qk(t), and returning to the step of determining the current storage policy until the current storage policy
and the upload bandwidth allocation policy
converge at the optimal storage policy and the optimal upload bandwidth allocation policy, wherein the iteration coefficient
is updated according to the following equation:
wherein
is the iteration coefficient after the updating; a function
is a function positively related to
θ(t) = 1/t is a step length in an iteration process.
a collecting unit (30), configured to collect a user request arrival rate
of the child node with respect to each content k in a content set K, where the value of the user request arrival rate
indicates the number of access requests for the content k arriving at each child node within unit time; and
a current storage policy obtaining unit (401), configured to calculate a current storage policy
of the child node with respect to each content k by using the user request arrival rate
in the child node, storage capacity Bij a size of each content sk, and an iteration coefficient
with respect to each content k, and send the current storage policy
to a parent node, wherein:
where
i and j are non-zero positive integers; h is a positive number; when
the child node stores each content k ; when
the child node does not store the content k, and t is the number of iterations of the iteration coefficient
an upload bandwidth allocation policy obtaining unit (403), configured to calculate a upload bandwidth allocation policy
according to a current total content demand Qk(t) obtained from the parent node and upload bandwidth U ji of each child node, and transfer the upload bandwidth allocation policy
to the parent node, wherein the upload bandwidth allocation policy
is calculated according to the following equation:
wherein
a current total content demand obtaining unit (402), configured to calculate a current total content demand Qk(t) according to current storage policies
obtained respectively from multiple child nodes, a user request arrival rate
and a size of each content Sk, and transfer the current content demand Qk(t) to each child node, wherein the current total content demand Qk(t) is obtained according to the following equation:
wherein i, j and J are non-zero positive integers; and
an iteration coefficient updating unit (404), configured to update an iteration coefficient
according to upload bandwidth allocation policies
obtained respectively from the multiple child nodes, upload bandwidth U ji, and the current total content demand Qk(t), and return the updated iteration coefficient to each child node until each child node determines that the current storage policy
and the upload bandwidth allocation policy
converge at an optimal storage policy and an optimal upload bandwidth allocation policy, wherein the iteration coefficient
is updated according to the following equation:
wherein
is the iteration coefficient after the updating; a function
is a function positively related to
θ(t) = 1/t is a step length in an iteration process.
Erfassen einer Benutzeranforderungsankunftsrate
jedes untergeordneten Knotens in Bezug auf jeden Inhalt k in einer Inhaltsmenge K, wobei der Wert der Benutzeranforderungsankunftsrate
die Anzahl von Zugriffsanforderungen für den Inhalt k anzeigt, die an jedem untergeordneten Knoten innerhalb einer Einheitszeit ankommen;
Bestimmen einer optimalen Speicherrichtlinie und einer optimalen Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie jedes untergeordneten Knotens in Bezug auf jeden Inhalt k basierend auf der Benutzeranforderungsankunftsrate
einer Speicherkapazität Bij und einer Hochladebandbreite Uji jedes untergeordneten Knotens und einer Größe jedes Inhalts Sk, umfassend:
Berechnen durch jeden untergeordneten Knoten einer aktuellen Speicherrichtlinie
jedes untergeordneten Knotens in Bezug auf jeden Inhalt k durch Verwenden der Benutzeranforderungsankunftsrate
jedes untergeordneten Knotens, der Speicherkapazität Bij, der Größe jedes Inhalts sk und eines Iterationskoeffizienten
in Bezug auf jeden Inhalt k, und Senden der aktuellen Speicherrichtlinie
an den übergeordneten Knoten, wobei:
wobei
i und j von null verschiedene, positive ganze Zahlen sind;
h eine positive Zahl ist; wenn
der untergeordnete Knoten den Inhalt k speichert; wenn
der untergeordnete Knoten den Inhalt k nicht speichert, und t die Anzahl von Iterationen des Iterationskoeffizienten
ist;
Berechnen durch den übergeordneten Knoten einer aktuellen Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) gemäß der aktuellen Speicherrichtlinie
der mehreren untergeordneten Knoten, der Benutzeranforderungsankunftsrate
und der Größe jedes Inhalts sk, und
Senden der aktuellen Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) an jeden untergeordneten Knoten, wobei die aktuelle Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) gemäß der folgenden Gleichung erhalten wird:
wobei es sich bei J um von null verschiedene, positive ganze Zahlen handelt;
Berechnen durch jeden untergeordneten Knoten einer Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
gemäß der aktuellen Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) und der Hochladebandbreite Uji jedes untergeordneten Knotens und Senden an den übergeordneten Knoten, wobei die Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:
wobei
und
Aktualisieren durch den übergeordneten Knoten des Iterationskoeffizienten
gemäß der Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
der Hochladebandbreite Uji und der aktuellen Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t), und Zurückkehren zum Schritt des Bestimmens der aktuellen Speicherrichtlinie, bis die aktuelle Speicherrichtlinie
und die Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
bei der optimalen Speicherrichtlinie und der optimalen Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie konvergieren,
wobei der Iterationskoeffizient
gemäß der folgenden Gleichung aktualisiert wird:
wobei
der Iterationskoeffizient nach dem Aktualisieren ist; eine Funktion
eine Funktion ist, die mit
positiv in Beziehung steht; θ(t) = 1/t eine Schrittlänge in einem Iterationsprozess ist.
eine Erfassungseinheit (30), die so konfiguriert ist, dass sie eine Benutzeranforderungsankunftsrate
des untergeordneten Knotens in Bezug auf jeden Inhalt k in einer Inhaltsmenge K erfasst, wobei der Wert der Benutzeranforderungsankunftsrate
die Anzahl von Zugriffsanforderungen für den Inhalt k anzeigt, die an jedem untergeordneten Knoten innerhalb einer Einheitszeit ankommen; und
eine Einheit (401) zum Erhalten einer aktuellen Speicherrichtlinie, die so konfiguriert ist, dass sie eine aktuelle Speicherrichtlinie
des untergeordneten Knotens in Bezug auf jeden Inhalt k durch Verwenden der Benutzeranforderungsankunftsrate
im untergeordneten Knoten, der Speicherkapazität Bij, einer Größe jedes Inhalts Sk und eines Iterationskoeffizienten
in Bezug auf jeden Inhalt k berechnet und die aktuelle Speicherrichtlinie
an einen übergeordneten Knoten sendet, wobei:
wobei
i und j von null verschiedene, positive ganze Zahlen sind; h eine positive Zahl ist; wenn
der untergeordnete Knoten jeden Inhalt k speichert; wenn
der untergeordnete Knoten den Inhalt k nicht speichert,
und t die Anzahl von Iterationen des Iterationskoeffizienten
ist;
eine Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinien-Erhaltungseinheit (403), die so konfiguriert ist, dass sie eine Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
gemäß einer vom übergeordneten Knoten erhaltenen, aktuellen Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) und der Hochladebandbreite Uji jedes untergeordneten Knotens berechnet und die Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
an den übergeordneten Knoten sendet, wobei die Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
gemäß der folgenden Gleichung berechnet wird:
wobei
eine Einheit (402) zum Erhalten einer aktuellen Gesamtinhaltsnachfrage, die so konfiguriert ist, dass sie eine aktuelle Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) gemäß aktuellen Speicherrichtlinien
die jeweils von mehreren untergeordneten Knoten erhalten werden, einer Benutzeranforderungsankunftsrate
und einer Größe jedes Inhalts sk berechnet und die aktuelle Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) an jeden untergeordneten Knoten sendet, wobei die aktuelle Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) gemäß der folgenden Gleichung erhalten wird:
wobei i, j und J von null verschiedene, positive ganze Zahlen sind; und
eine Iterationskoeffizienten-Aktualisierungseinheit (404), die so konfiguriert ist, dass sie einen Iterationskoeffizienten
gemäß Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinien
die jeweils von den mehreren untergeordneten Knoten erhalten werden, der Hochladebandbreite Uji und der aktuellen Gesamtinhaltsnachfrage Qk(t) aktualisiert und den aktualisierten Iterationskoeffizienten an jeden untergeordneten Knoten zurücksendet, bis jeder untergeordnete Knoten bestimmt, dass die aktuelle Speicherrichtlinie
und die Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie
bei einer optimalen Speicherrichtlinie und einer optimalen Hochladebandbreitenzuweisungsrichtlinie konvergieren, wobei der Iterationskoeffizient
gemäß der folgenden Gleichung aktualisiert wird:
wobei
der Iterationskoeffizient nach dem Aktualisieren ist; eine Funktion
eine Funktion ist, die mit
positiv in Beziehung steht; θ(t) = 1/t eine Schrittlänge in einem Iterationsprozess ist.
le recueil d'un taux d'arrivées de demandes utilisateur
de chaque noeud enfant par rapport à chaque contenu k dans un ensemble de contenus K, où la valeur du taux d'arrivées de demandes utilisateur
indique le nombre de demandes d'accès pour le contenu k arrivant à chaque noeud enfant par unité de temps,
la détermination d'une politique optimale de stockage et d'une politique optimale d'allocation de bande passante de liaison montante de chaque noeud enfant par rapport à chaque contenu k sur la base du taux d'arrivées de demandes utilisateur
de la capacité de stockage Bij et de la bande passante de liaison montante Uji de chaque noeud enfant, et la taille de chaque contenu sk, ce qui comprend :
le calcul, par chaque noeud enfant, d'une politique courante de stockage
de chaque noeud enfant par rapport à chaque contenu k en utilisant le taux d'arrivées de demandes utilisateur
de chaque noeud enfant, la capacité de stockage Bij, la taille de chaque contenu Sk et un coefficient d'itération
par rapport à chaque contenu k ;
ainsi que l'envoi de la politique courante de stockage
au noeud parent, dans lequel :
où
i et j sont des nombres entiers positifs non nuls ; h est un nombre positif ; le noeud enfant stocke le contenu k ; lorsque
le noeud enfant ne stocke pas le contenu k lorsque
et t représente le nombre d'itérations du coefficient d'itération
le calcul, par le noeud parent, d'une demande courante de contenu total Qk(t) en fonction de la politique courante de stockage
des multiples noeuds enfants, du taux d'arrivées de demandes utilisateur
et de la taille de chaque contenu Sk ; et le transfert de la demande courante de contenu total Qk(t) vers chaque noeud enfant, la demande courante de contenu total Qk(t) étant obtenue en fonction de l'équation suivante :
où J est un nombre entier positif non nul, le calcul, par chaque noeud enfant, d'une politique d'allocation de bande passante de liaison montante
en fonction de la demande courante de contenu total Qk(t) et de la bande passante de liaison montante Uji de chaque noeud enfant, ainsi que le transfert vers le noeud parent, la politique d'allocation de bande passante de liaison montante
étant calculée conformément à l'équation suivante :
où
et
la mise à jour, par le noeud parent, du coefficient d'itération
en fonction de la politique d'allocation de bande passante de liaison montante
de la bande passante de liaison montante Uji et de la demande courante de contenu total Qk(t), ainsi que le retour à l'étape de détermination de la politique courante de stockage jusqu'à ce que la politique courante de stockage
et la politique d'allocation de bande passante de liaison montante
convergent au niveau de la politique optimale de stockage et la politique optimale d'allocation de bande passante de liaison montante, le coefficient d'itération
étant mis à jour conformément à l'équation suivante :
où
représente le coefficient d'itération après la mise à jour ; la fonction
représentant une fonction se rapportant positivement à
θ(t) = 1/t représentant la longueur de pas dans un traitement d'itération.
une unité de collecte (30) configurée pour recueillir un taux d'arrivées de demandes utilisateur
du noeud enfant par rapport à chaque contenu k dans un ensemble de contenus K, où la valeur du taux d'arrivées de demandes utilisateur
indique le nombre de demandes d'accès pour le contenu k arrivant à chaque noeud enfant par unité de temps, et
une unité de récupération de politique courante de stockage configurée pour calculer la politique courante de stockage
du noeud enfant par rapport à chaque contenu k en utilisant le taux d'arrivées de demandes utilisateur
dans le noeud enfant, la capacité de stockage Bij, la taille de chaque contenu Sk et un coefficient d'itération
par rapport à chaque contenu k ; ainsi que pour envoyer la politique courante de stockage
au noeud parent, dans lequel :
où
i et j sont des nombres entiers positifs non nuls ; h est un nombre positif ; le noeud enfant stocke chaque contenu k lorsque
le noeud enfant ne stocke pas le contenu k lorsque
et t représente le nombre d'itérations du coefficient d'itération
une unité de récupération de politique d'allocation de bande passante de liaison montante (403) configurée pour calculer une politique d'allocation de bande passante de liaison montante
en fonction de la demande courante de contenu total Qk(t) récupérée à partir du noeud parent et de la bande passante de liaison montante Uji de chaque noeud enfant, ainsi que pour transférer vers le noeud parent la politique d'allocation de bande passante de liaison montante
la politique d'allocation de bande passante de liaison montante
étant calculée conformément à l'équation suivante :
où
une unité de récupération de demande courante de contenu total (402) configurée pour calculer une demande courante de contenu total Qk(t) en fonction de politiques courantes de stockage
obtenues respectivement auprès de multiples noeuds enfants,
d'un taux d'arrivées de demandes utilisateur
et de la taille de chaque contenu Sk, et
pour transférer la demande courante de contenu Qk(t) vers chaque noeud enfant, la demande courante de contenu total Qk(t) étant obtenue conformément à l'équation suivante :
où i, j et J sont des nombres entiers positifs non nuls, et
une unité de mise à jour de coefficient d'itération (404) configurée pour mettre à jour un coefficient d'itération
en fonction de politiques d'allocation de bande passante de liaison montante
obtenues respectivement auprès des multiples noeuds enfants, de la bande passante de liaison montante Uji et de la demande courante de contenu total Qk(t), et pour renvoyer le coefficient d'itération mis à jour à chaque noeud enfant jusqu'à ce que chaque noeud enfant détermine que la politique courante de stockage
et la politique d'allocation de bande passante de liaison montante
convergent au niveau d'une politique optimale de stockage et une politique optimale d'allocation de bande passante de liaison montante, le coefficient d'itération
étant mis à jour conformément à l'équation suivante :
où
représente le coefficient d'itération après la mise à jour ; la fonction
représentant une fonction se rapportant positivement à
θ(t) = 1/t représentant la longueur de pas dans un traitement d'itération.
REFERENCES CITED IN THE DESCRIPTION
Patent documents cited in the description
Non-patent literature cited in the description