贺青+刘伟海

【摘要】 视频服务器缓存管理对视频质量有重要影响。为提高视频服务器资源利用率、提高客户端节目播放质量和流畅性，本文提出一种视频独立队列缓存管理算法。该算法通过建立一个独立队列模型对该算法进行分析，可节省缓存资源，有效防止缓存上溢或下溢，为客户端提供高质量视频感知，描述了详尽的算法，并验证了其可行性和有效性。

【關键词】 视频缓存独立队列

一、引言

随着移动互联网的飞速发展，用户对互联网技术应用的需求不断提高，CDN技术[1]将网站的内容发布到最接近用户的网络“边缘"，使用户可以就近取得所需的内容。视频业务是4GLTE网络和有线宽带网络的核心应用之一。传统的CDN视频缓存技术[2]基于用户访问热点资源进行缓存，存在缓存盲区，为了提高视频节目在客户端播放的质量，必须以一定的机制对视频服务器缓存资源进行有效管理。

缓存管理策略[3]的选择对视频缓存系统的性能有很重要的影响。视频缓存服务器的缓存管理包括两个部分：视频服务器从视频硬盘上获取了节目的数据块后必须先将其存放到一定的缓存区中，然后才能向网络传送；客户端在接收到数据块后必须将其放人缓存区，进行平滑处理之后才能播放显示。本文主要研究视频服务器的缓存管理。

二、视频缓存原理

视频点播服务器的工作是周期性的，在每一个服务周期中，服务器从视频硬盘上获取各用户点播节目的数据块，并存放到相应的缓存区中。数据块以一定的速率从缓存区向网络发送，从而保证节目在客户端的流畅播放。

2.1独立队列缓存模型

缓存管理策略决定以静态还是动态方式分配缓存；不同的视频流是拥有各自独立的缓存还是共享缓存；同一视频流在不同周期获取的数据块是存放在不同的缓存区还是后来者覆盖先到者等等。由于缓存是视频服务器相当宝贵的资源，缓存管理策略的选择首先应当考虑节省缓存资源，从而保证支持更多用户的可用性。其次，尽可能避免缓存上溢或者下溢，防止出现异常。

每个进入缓存服务器的视频流都拥有一个独立的缓存队列，从视频硬盘上获取的视频数据块存放在动态分配的缓存块内。如图1所示。

2.2算法分析

针对缓存盲区，通过优化缓存队列热点上报策略（建立独立队列、差异化设定上报周期和队列长度），优先将热点信息上报给视频调度服务器、触发缓存资源服务器回源。

三、热点视频独立队列缓存应用

3.1应用方案制定

通过对现网视频缓存服务器队列上报信息进行自动统计分析，如表1所示为对SAS上报队列信息一周的监控情况：

根据视频缓存服务流量统计结果，腾讯、优酷、爱奇艺视频流量占比最高，为腾讯、优酷和爱奇艺这三个热门视频应用优先配置独立缓存队列，可以减少热点视频资源积压，从而增加缓存命中率，提升视频缓存服务流量。

3.2应用方案配置

通过统计现网腾讯、优酷、爱奇艺日均缓存流量，评估独立队列配置所需服务器数量，具体统计结果如表2所示：

以腾讯为例，独立队列配置如下：

3.3应用效果分析

从腾讯、优酷、爱奇艺队列上报信息中可以看到，上报最低点击数均控制在20左右，表明绝大部分热点视频资源的流量通过了缓存。统计优化后各视频流量及命中率如表3所示：

可以看到队列调优之后，腾讯、优酷和爱奇艺缓存命中率显著上升，均达到了90%以上，通过缓存的流量日均为8Gbps以上，显著提升了缓存效率。统计优化后各视频拨测质量情况如表4所示：

四、结束语

本文提出一种新颖的视频独立队列缓存管理算法用于视频点播服务器的缓存管理。该算法节省缓存资源，减少了缓存上溢或下溢的可能性，同时为客户端流畅地播放节目提供了必要条件，下一步可分析更多的热点业务，对这些热点业务配置独立队列，提升缓存服务流量和质量。

参 考 文 献

[1]雷葆华，孙颖，王峰，陈晓益等.CDN技术详解.电子工业出版社.2012年6月.

[2]中国移动通信集团.中国移动内容网络设备规范-边缘服务节点分册.2015年8月

[3]余圣发，陈曾平，庄钊文.针对网络视频应用的视频转码技术综述.通信学报，2007，28（1）111一118.