Ett nytt kodat cachingschema för att förbättra onlinevideoleveransen

Illustration av efterfrågeankomsterna för ett asynkront cachningssystem med N ≥ 4 filer och Amax ≥ 3 för tidsluckor t =1 till 6 av leveransfasen. I den aktuella caching-inställningen, vi har a1 =3, a2 =1, a3 =0, a4 =2, a5 =1 krav, och K(1) =3, K(2) =4, K(3) =3, K(4) =4, K(5) =3 användare betjänade vid varje tidslucka. Kredit:Yang, Amiri &Gündüz

Forskare vid Imperial College London har utvecklat en ny metod för kodad cachning som kan förbättra leveransen av populärt videoinnehåll online. En forskningsartikel som beskriver deras resultat förpublicerades på arXiv, som beskriver tekniken och dess prestanda i jämförelse med andra cachingscheman.

Fler och fler människor streamar videoinnehåll online, och vissa videor blir särskilt populära, dominerar trådlös datatrafik. Detta har lett till utvecklingen av proaktiva cachingsystem, som förhämtar videoinnehåll under lågtrafikperioder och lagrar det i nätverkets kant eller direkt i användarnas enheter. Dessa system kan lindra trafikbelastningen och minska latensen på särskilt populärt videoinnehåll.

Proaktiv cachning har två faser:placeringsfasen, där systemet fyller användarnas cachar under lågtrafikperioder och leveransfasen, som sker när användarnas krav avslöjas (vid tider med hög trafik). Traditionella okodade cachingscheman använder ortogonala unicast-överföringar, som innebär en en-till-en-association mellan avsändaren av informationen och dess destination, med varje destination som identifierar en enskild mottagare.

Ett nytt paradigm, kallas kodad cachning, utnyttjar cacheresurser över ett nätverk, optimera placerings- och leveransfaserna genom att skapa möjligheter för multicasting-överföring, vilket innebär att datagram dirigeras samtidigt till många mottagare i en enda överföring. I deras studie, forskarna föreslog en ny strategi som tar itu med två begränsningar hos befintliga kodade cachingsystem.

Videoklumparnas popularitet Wij , dvs. pipij givet olika värden på α och β. Kredit:Yang, Amiri &Gündüz

Än så länge, de flesta studier som utvecklar metoder för kodad cachelagring har i första hand fokuserat på statiska scenarier, där ett fast antal användare samtidigt gör förfrågningar från ett innehållsbibliotek. Prestandan för dessa cachingscheman mäts av latensen för att tillfredsställa kraven från alla användare. Dock, i verkligheten, människor på olika platser börjar faktiskt titta på en video online vid olika tidpunkter, ibland avbryter den innan dess slut. Det här specifika användarbeteendet representeras av publikretentionsgraden, en mätning som introducerats av vanliga videoplattformar som YouTube och Netfix, som definierar den del av en viss video som ses av användare, i genomsnitt.

Behållningsfrekvenser för tittarna kan hjälpa streamingtjänster att bättre förstå och modellera populariteten för olika avsnitt av videoinnehåll bland användare. I deras studie, forskarna fann att partiell cachning, där endast de mest visade delarna av en video cachelagras, kan hjälpa till att uppnå mer effektiv cachning.

Jämförelse mellan PCC, MAN, okodad cachning och den nedre gränsen givet olika värden på α och β. Kredit:Yang, Amiri &Gündüz

"Vi undersöker kodad cachelagring av videofiler med hänsyn till hur många tittare behåller sig för varje video, " förklarade forskarna i sin uppsats. "Vi anser att varje videofil består av lika långa bitar, och publikretentionsgraden för varje del är andelen användare som tittar på denna del av det totala antalet visningar av motsvarande video."

Jämförelse mellan scenarierna för asynkron och synkron efterfrågeankomst, a =1 och p =0,1. Kredit:Yang, Amiri &Gündüz

I motsats till tidigare litteratur om kodad cachning, där användare antas avslöja sina krav samtidigt, forskarna föreslår en modell för dynamisk efterfrågeankomst, kallas partiell kodad caching (PCC). Denna modell är mer realistisk, genom att den anser att användare börjar och slutar titta på en video vid olika tidpunkter. Dessutom, forskarna föreslog två olika cache-allokeringsscheman, som allokerar användarnas cacheminne till olika bitar av videofilerna i biblioteket; kallas optimal cacheallokering (OCA) och popularitetsbaserad cacheallokering (PCA).

Jämförelse mellan PCC med OCA och RAP-GCC med α =0,1 och α =1. Kredit:Yang, Amiri &Gündüz

"Resultaten visade en signifikant förbättring med det föreslagna schemat jämfört med okodad cachning när det gäller den genomsnittliga leveranshastigheten, eller utvidgningen av andra kända leveransmetoder till det asynkrona scenariot, " skrev forskarna i sin uppsats.

I framtiden, detta nya partiellt kodade cachingschema kan hjälpa till att lösa problem med låg latens och förbättra videoleveransen av populära videor online vid tider med hög datatrafik. Detta kan vara mycket användbart för populära streamingplattformar, som YouTube, Netflix, och Amazon Prime Video.