0 引言

    隨著互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展,，各類創(chuàng)新型應(yīng)用如雨后春筍般涌現(xiàn),，以文件傳輸、視頻會議等為代表業(yè)務(wù)顯著提高了企業(yè)工作效率,，網(wǎng)絡(luò)視頻直播,、網(wǎng)上購物等熱點業(yè)務(wù)使人們的生活變得豐富、便捷^[1],。由于智能終端的不斷普及,，互聯(lián)網(wǎng)已成為現(xiàn)代人來獲取信息和信息分享的重要途徑，Web及流媒體業(yè)務(wù)用量爆炸式增長,，網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器的負(fù)荷加重問題和網(wǎng)絡(luò)流量擁塞問題日益嚴(yán)峻,。

    大規(guī)模的用戶請求導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)荷加重，成為網(wǎng)絡(luò)故障中的重要隱患,，更有甚者它將會使服務(wù)器宕機,，產(chǎn)生拒絕服務(wù)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響用戶體驗質(zhì)量,。此外,，大規(guī)模請求會造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，顯著增加用戶側(cè)內(nèi)容的獲取時延,， 嚴(yán)重網(wǎng)絡(luò)擁塞將引發(fā)數(shù)據(jù)包的大量丟失,，導(dǎo)致用戶訪問失敗。為了解決上述問題,，研究者們提出了內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(Content Deliver Network,，CDN)。如圖1所示,，CDN是由分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點服務(wù)器構(gòu)成的一層智能虛擬網(wǎng),，主要原理是將內(nèi)容副本緩存到靠近用戶端的節(jié)點服務(wù)器上，并根據(jù)實時網(wǎng)絡(luò)情況把原始服務(wù)器的用戶請求重定向至距離用戶就近狀態(tài)最佳的節(jié)點服務(wù)器,，使用戶可以就近獲取所需內(nèi)容,，從而有效地緩解由大量遠(yuǎn)程訪問引起的骨干網(wǎng)流量擁塞^[2]。

    在CDN中,，緩存技術(shù)^[3]是保證用戶請求加速的一項關(guān)鍵技術(shù),，但就CDN本身而言，節(jié)點處的內(nèi)容緩存主要由用戶驅(qū)動,，即當(dāng)有用戶請求內(nèi)容時,，節(jié)點服務(wù)器里沒有該內(nèi)容，節(jié)點服務(wù)器向內(nèi)容源服務(wù)器獲取該請求內(nèi)容,，在發(fā)給用戶的同時,，將該內(nèi)容保存在節(jié)點服務(wù)器中,，為未來相同的請求提供服務(wù)。本質(zhì)上,，該技術(shù)所采用的是一種被動緩存方式,。在網(wǎng)絡(luò)終端不斷普及的趨勢下，這種被動式內(nèi)容存儲將無法滿足互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長的需求,，典型地引發(fā)下述問題：(1)緩存具有滯后性,，即服務(wù)器節(jié)點無法預(yù)測內(nèi)容的流行趨勢，內(nèi)容緩存滯后于潛在的用戶需求,；(2)節(jié)點處緩存空間利用率低,，尤其是在節(jié)點服務(wù)器處用戶請求較少的情況下，由用戶驅(qū)動的被動緩存將使服務(wù)器節(jié)點僅緩存有限的請求內(nèi)容,，致使節(jié)點處存在大量閑置緩存空間,。為提升節(jié)點服務(wù)器上的緩存空間利用率以及提供更好的服務(wù)質(zhì)量，眾多研究者提出在CDN節(jié)點處引入預(yù)取技術(shù)^[4],。CDN預(yù)取技術(shù)是對其緩存的補充,，核心思想是由節(jié)點服務(wù)器預(yù)先主動從內(nèi)容源服務(wù)器處獲取部分內(nèi)容，以期加速用戶對于內(nèi)容的獲取,。預(yù)取技術(shù)的引入,，使得服務(wù)器節(jié)點可以先驗地緩存部分內(nèi)容，解決了因無法預(yù)測網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容流行趨勢所導(dǎo)致的緩存滯后的問題,；此外,，通過引入預(yù)取技術(shù)，服務(wù)器節(jié)點可以預(yù)取部分流行度較高的內(nèi)容,，避免節(jié)點處大量緩存空間閑置,，使有限的網(wǎng)絡(luò)資源得到合理的利用。預(yù)取技術(shù)作為內(nèi)容分發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)在國內(nèi)外受到廣泛關(guān)注,，眾多學(xué)者圍繞內(nèi)容流行度及用戶需求等對預(yù)取進行了大量研究,。

1 CDN預(yù)取分類

    根據(jù)預(yù)取時關(guān)注的對象不同，將CDN預(yù)取分為面向內(nèi)容的預(yù)取和面向用戶的預(yù)取,。面向內(nèi)容的預(yù)取依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容請求數(shù)量變化來進行預(yù)取,，稱之為基于流行度的預(yù)取。面向用戶的預(yù)取進一步劃分為三類預(yù)取方式：第一類主要通過對用戶興趣進行分析來決定預(yù)取的內(nèi)容,，稱之為基于用戶偏好的預(yù)?。坏诙惛鶕?jù)用戶之間的社交關(guān)系來預(yù)測內(nèi)容的傳播趨勢,，并據(jù)此進行內(nèi)容預(yù)取,，將其定義為基于社交網(wǎng)絡(luò)的預(yù)取,；第三類旨在通過研究用戶移動性對節(jié)點服務(wù)器上緩存內(nèi)容流行度的影響來動態(tài)調(diào)整內(nèi)容預(yù)取策略，稱之為基于移動性的預(yù)取。

1.1 基于流行度的預(yù)取

    大量統(tǒng)計表明：內(nèi)容的訪問流行度分布符合zipf定律^[5],，即僅有近20％的內(nèi)容對象被超過80％的用戶訪問,，這一現(xiàn)象反映了在網(wǎng)絡(luò)中不同內(nèi)容被用戶的訪問分布情況。流行度被定義為統(tǒng)計時間段中內(nèi)容對象被訪問的次數(shù)或概率來表示,，在研究中,，基于流行度的預(yù)取利用上述現(xiàn)象對流行度較高的內(nèi)容進行預(yù)取^[6]。在CDN中,，一方面,，不允許存儲新內(nèi)容時，根據(jù)流行度來確定所需要刪除的內(nèi)容,； 另一方面,，根據(jù)流行度來選擇所要預(yù)取的具體內(nèi)容?；诹餍卸鹊念A(yù)取是CDN中一種主流的內(nèi)容預(yù)取技術(shù),，其關(guān)鍵在于內(nèi)容流行度的確定，目前常采用統(tǒng)計學(xué),、控制理論的預(yù)測方法,，有指數(shù)平滑預(yù)測、多項式回歸預(yù)測及Savitzky-Golay濾波預(yù)測三種,。

1.1.1 指數(shù)平滑預(yù)測

    指數(shù)平滑預(yù)測是指采用指數(shù)平滑法（Exponential Smoothing,，ES）對內(nèi)容流行度進行預(yù)測，由于每個內(nèi)容在其生命周期的早期和后期的流行度存在很強的相關(guān)性,，指數(shù)平滑法已被廣泛地應(yīng)用于預(yù)測內(nèi)容未來的請求數(shù)量^[7],。指數(shù)平滑法是在移動平均法^[8]基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種時間序列分析預(yù)測法，既可以同全期平均法一樣無遺漏地對歷史數(shù)據(jù)加以利用,，又可以同加權(quán)移動平均法一樣為近期數(shù)據(jù)賦予更大權(quán)重的熱點,。指數(shù)平滑法兼容了全期平均和移動平均的優(yōu)點，在不舍棄歷史數(shù)據(jù)的情況下,，僅給予逐漸減弱的影響程度,，即隨著數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)離，賦予逐漸收斂為零的權(quán)數(shù),；并且指數(shù)平滑法對不同時間訪問量賦予的權(quán)值具有伸縮性,，可以通過賦予不同平滑指數(shù)來更改權(quán)值的變化速度。

    文獻[9]提出一次指數(shù)平滑(Single Exponential Smoothing,，SES)和二次指數(shù)平滑(Second Exponential Smoothing,，DES)來預(yù)測各個階段的內(nèi)容流行度，作者從YouTube以天為觀察單位提取每個內(nèi)容流行度從上傳到觀測時間結(jié)束的真實軌跡,，在每個觀測單位分別采用SES和DES來根據(jù)觀測時間前的流行度從而預(yù)測當(dāng)前時間的流行度,。

    指數(shù)平滑預(yù)測法的優(yōu)點是僅需少量數(shù)據(jù)資料,，便可預(yù)測出短期的內(nèi)容流行度值。但由于指數(shù)平滑法對近期數(shù)據(jù)所賦予的權(quán)重高,，而對遠(yuǎn)期數(shù)據(jù)的參考性弱,，無法對遠(yuǎn)期流行度進行預(yù)測，只能做短期的預(yù)測,。

1.1.2 多項式回歸預(yù)測

    在實際工作中,，人們經(jīng)常采用多項式回歸模型來解釋自變量與因變量的相關(guān)關(guān)系^[10]。多項式回歸預(yù)測通過多項式回歸法擬合內(nèi)容流行度隨時間變化的曲線,，得到因變量內(nèi)容流行度與自變量時間的變化函數(shù),，這一模型可以表示為，流行度等于時間的各次項與對應(yīng)回歸系數(shù)的乘積之和,。在擬合過程中,，主要是通過增加時間變量的高次項推導(dǎo)出逼近真實的時間函數(shù)，推導(dǎo)時主要是找到各次項的合適系數(shù),。

    文獻[11]研究提出屬于同一類別的內(nèi)容具有相同的流行度隨時間變化的曲線相似,，多項式回歸預(yù)測可以得到某一類內(nèi)容流行度隨時間變化的規(guī)律，因此該規(guī)律可以用于該類內(nèi)容流行度的長期和短期預(yù)測,。

1.1.3 Savitzky-Golay濾波預(yù)測

    Savitzky-Golay濾波預(yù)測通過Savitzky-Golay濾波器平滑觀測流行度隨時間的變化曲線,，以便最好地保留流行度采樣曲線的特征。文獻[12]利用Savitzky-Golay濾波預(yù)測得到流行度時間模型,，可表示為圍繞時間觀測窗口中心k的n次多項式,，該模型能夠使得預(yù)測值和實際值的累積平方誤差值最小。

1.2 基于用戶偏好的預(yù)取

    前面基于流行度的預(yù)取技術(shù)是利用流行度變化反映內(nèi)容的訪問趨勢,，這種趨勢相對于個體用戶偏好而言存在明顯的差異,，造成邊緣節(jié)點預(yù)取的部分內(nèi)容被閑置。為了解決上述問題,，有學(xué)者提出了基于用戶偏好的預(yù)取,，并且相關(guān)研究統(tǒng)計證明了用戶偏好在一定時間內(nèi)是保持穩(wěn)定的，這一特性為基于用戶偏好的預(yù)取的可行性提供了有力的保證,。

    在對從未訪問過的新內(nèi)容做預(yù)取時,，基于流行度的預(yù)取由于缺乏歷史數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)，無法做出正確的預(yù)測,，但基于用戶偏好預(yù)取則可以根據(jù)用戶興趣內(nèi)容標(biāo)簽集合并結(jié)合用戶請求預(yù)判用戶偏好,，指導(dǎo)預(yù)取的執(zhí)行?；谟脩羝玫念A(yù)取一般分為兩個階段,，第一個階段是獲取用戶偏好；第二個階段是根據(jù)用戶偏好制定預(yù)取策略,。

    文獻[13]采用文檔主題生成模型（Latent Dirichlet Allocation,，LDA）^[14]獲取內(nèi)容的潛在主題,，并用對稱Jensen-Shannon散度^[15]衡量內(nèi)容主題與用戶興趣主題之間的相似性，節(jié)點將預(yù)取相似性較高的內(nèi)容以供用戶未來請求,。

    文獻[16]通過預(yù)測函數(shù)對用戶為評分內(nèi)容進行預(yù)測,，將評分較高的一部分內(nèi)容預(yù)取到邊緣節(jié)點。在該文獻中,，作者首先將用戶偏好向量定義為用戶對不同內(nèi)容屬性的偏好度，偏好度表示用戶訪問的全部內(nèi)容屬性疊加后該屬性所占的權(quán)重,；然后通過余弦相似性得到群體用戶的偏好相似度,；最后根據(jù)用戶評分相似性和偏好相似性帶入對內(nèi)容評分預(yù)測函數(shù)中得到內(nèi)容的評分，并預(yù)取評分較高的內(nèi)容,。

1.3 基于社交網(wǎng)絡(luò)的預(yù)取

    據(jù)統(tǒng)計,，網(wǎng)絡(luò)中大量HTTP流量來自于在線社交網(wǎng)絡(luò)（Online Social Network，OSN）中的帶寬密集型媒體內(nèi)容^[17],。在線社交網(wǎng)絡(luò)可以捕捉朋友之間的聯(lián)系,，且許多在線社交網(wǎng)絡(luò)上可以獲取用戶的地理位置，這為基于社交網(wǎng)絡(luò)的預(yù)取提供了實施條件,。媒體提供商通常依靠CDN將其內(nèi)容從內(nèi)容源服務(wù)器分發(fā)到多個位置,，基于社交關(guān)系的預(yù)取利用OSN上人們的社交關(guān)系了解內(nèi)容地理傳播方式，從而改善CDN用戶訪問體驗,。

    社交預(yù)取主要利用社交網(wǎng)絡(luò)中的朋友關(guān)系信息,、用戶的交互行為，如提到,、轉(zhuǎn)發(fā),、評論等，來分析社交網(wǎng)絡(luò)的朋友關(guān)系,。通過引入朋友關(guān)系強弱程度的預(yù)取模型,，主動將某用戶訪問內(nèi)容分發(fā)給可能訪問該內(nèi)容的朋友附近的CDN節(jié)點，使其朋友下載內(nèi)容時減少延遲,。

    SASTRY N^[18]等人構(gòu)建了Buzztraq模型,，該模型根據(jù)用戶的朋友數(shù)量和朋友的位置信息，將用戶發(fā)布的內(nèi)容副本放置在更靠近較多用戶朋友的位置,，以滿足未來請求,。但該模型僅僅強調(diào)了捕捉潛在的下一個內(nèi)容訪問地址，并沒有考慮服務(wù)器帶寬和存儲等復(fù)雜約束,。

    KILANIOTI I^[17]提出了利用OSN提取用戶活動的動態(tài)預(yù)取策略,，并且考慮到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒎?wù)器位置以及緩存容量的限制的情況,，實驗證明了結(jié)合OSN的預(yù)取模型能夠改善CDN的性能,。 

1.4 基于用戶移動性的預(yù)取

    CDN中大多數(shù)預(yù)取方案針對的是固定網(wǎng)絡(luò),，而據(jù)Cisco公司統(tǒng)計，在2016年,，全球移動數(shù)據(jù)流量較2015年增長了63%,，其中移動視頻流量占移動數(shù)據(jù)流量總量的60%，并且移動數(shù)據(jù)流量和移動視頻流量在未來幾年內(nèi)還將呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢^[19],。同樣,，CDN網(wǎng)絡(luò)也將面臨著大量移動用戶接入的問題，文獻[22]通過測量發(fā)現(xiàn)移動用戶的緩存命中率遠(yuǎn)低于LRU緩存策略下的靜態(tài)用戶的緩存命中率,。因此用戶移動性是CDN緩存和預(yù)取策略的重要因素,。

    由于個人的移動性存在一定的隨機性，CDN節(jié)點下可以分為不同的用戶群體,，不同群體與CDN節(jié)點存在不同的關(guān)聯(lián)程度,，因此可以通過構(gòu)建群體移動模型來優(yōu)化CDN預(yù)取。文獻[20]引入了PageRank的人群移動性內(nèi)容傳播（Crowd Mobility-based Content Propagation,，CMCP）解決方案,，通過關(guān)注不同用戶群體移動用戶的比例，預(yù)測未來的內(nèi)容需求分配,。

1.5 預(yù)取方法的比較

    以上根據(jù)預(yù)取時關(guān)注的對象不同,，介紹了現(xiàn)有的預(yù)取方式，包括基于流行度的預(yù)取,、基于用戶偏好的預(yù)取,、基于社交網(wǎng)絡(luò)的預(yù)取和基于用戶移動性的預(yù)取，表1給出了幾種預(yù)取方式的對比,。

    基于流行度的預(yù)取僅根據(jù)內(nèi)容流行的趨勢,，一般采用統(tǒng)計學(xué)方法，實現(xiàn)相對簡單,。它不依賴于用戶的特性,，可以作為服務(wù)器端宏觀地控制邊緣節(jié)點預(yù)取。早期的IPTV也是采用該預(yù)取方式,，將部分流行度高的內(nèi)容預(yù)取到邊緣節(jié)點上,，從而提高用戶的訪問質(zhì)量。但是基于流行度的預(yù)取技術(shù)缺乏對用戶訪問特性的研究,，而且不同的用戶群體之間也存在著明顯的差異,，比如在大學(xué)里學(xué)生一般大量地訪問科技文獻和技術(shù)視頻，而小區(qū)家庭中一般傾向于少兒視頻,、體育賽事等一系列偏向于娛樂的業(yè)務(wù)需求,。并且隨著P2P與CDN的結(jié)合，邊緣CDN節(jié)點越來越向用戶端靠近，節(jié)點附近用戶偏好對邊緣節(jié)點的緩存影響也愈加顯著,，因此解決用戶訪問內(nèi)容差異性問題成為了提高預(yù)取質(zhì)量的重要所在,。基于用戶偏好的預(yù)取根據(jù)用戶的歷史訪問記錄構(gòu)建用戶畫像,，提取用戶群體共同的內(nèi)容偏好,，預(yù)取時根據(jù)用戶偏好對當(dāng)前流行的內(nèi)容和最新發(fā)布的內(nèi)容進行預(yù)取。它給用戶訪問提供更精確服務(wù)的同時,，采用數(shù)據(jù)挖掘方法又給節(jié)點帶來了大量的運算開銷,。由于內(nèi)容的傳播很多的是由用戶之間的推薦，并且大量的內(nèi)容也在社交網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布,?；谏缃痪W(wǎng)絡(luò)的預(yù)取，通過用戶之間的社交關(guān)系,，也可以提高用戶的訪問質(zhì)量?；谟脩粢苿有缘念A(yù)取主要應(yīng)用于移動互聯(lián)網(wǎng)中的內(nèi)容預(yù)取,，增加了用戶對移動性對邊緣節(jié)點內(nèi)容需求的影響因素，以提高節(jié)點的服務(wù)質(zhì)量,。

2 評價標(biāo)準(zhǔn)

    為了對不同預(yù)取技術(shù)進行公平對比,，學(xué)術(shù)界通常采用命中率^[21]、準(zhǔn)確率^[22],、帶寬成本^[23]以及平均響應(yīng)時延^[24]評估預(yù)取技術(shù)對CDN系統(tǒng)性能的改善效果,。

2.1 命中率

    CDN系統(tǒng)中希望將用戶請求重新定向到離用戶最近的邊緣服務(wù)器上，以提高用戶訪問速度,。在實際中,，如果當(dāng)服務(wù)器節(jié)點預(yù)先存儲有用戶請求內(nèi)容時稱之為命中；如果沒有事先緩存稱為未命中,。命中率(Hit Rate,，HR)體現(xiàn)了預(yù)取和緩存對用戶訪問加速的貢獻，定義為：

其中SR表示命中的請求數(shù),，NR表示沒有命中的請求數(shù),。

2.2 準(zhǔn)確率

    命中率要求預(yù)取應(yīng)該在用戶訪問之前緩存內(nèi)容增加用戶的體驗質(zhì)量，但是如果用戶并沒有訪問,，則預(yù)取會浪費網(wǎng)絡(luò)資源和服務(wù)器存儲資源,。當(dāng)預(yù)取規(guī)則沒有準(zhǔn)確地獲取用戶需求時，節(jié)點服務(wù)器會從源服務(wù)器下載必要的內(nèi)容,，導(dǎo)致服務(wù)器緩存資源浪費,、帶寬成本增加。準(zhǔn)確率可以間接表示預(yù)取規(guī)則的有效性,，定義為：

其中TP表示用戶訪問的預(yù)取內(nèi)容數(shù)量,，F(xiàn)P表示用戶沒有訪問的預(yù)取內(nèi)容數(shù)量,。

2.3 帶寬成本

    由于用戶訪問類型的多樣性，為了提高命中率則需要頻繁地進行預(yù)取操作,，會造成邊緣節(jié)點和內(nèi)容服務(wù)器之間產(chǎn)生大量額外的帶寬消耗和節(jié)點服務(wù)器過于頻繁的緩存,、刪除操作，從而降低用戶的體驗質(zhì)量,。通常用帶寬成本作為預(yù)取觸發(fā)的約束條件,，帶寬成本可定義為：

其中，P_band表示包含有預(yù)取策略的CDN系統(tǒng)下滿足用戶需求所需的總帶寬,，R_band表示沒有預(yù)取策略的原CDN系統(tǒng)下用戶請求所需的總帶寬,。

2.4 平均響應(yīng)時間

    CDN的主要目標(biāo)是提高用戶訪問速度，平均響應(yīng)時間的變化直接地反映了預(yù)取策略對CDN的優(yōu)化程度,，現(xiàn)實中預(yù)取往往在減少平均響應(yīng)時間和帶寬成本之間進行權(quán)衡,。平均響應(yīng)時間是CDN系統(tǒng)性能和用戶體驗質(zhì)量的重要指標(biāo)，定義為：

其中,，M是用戶請求的總數(shù)量,，ti代表第i個請求開始時到連接結(jié)束時間。

3 未來研究方向

    CDN預(yù)取技術(shù)是提升用戶體驗的有效方式,，但CDN網(wǎng)絡(luò)本身仍有一些不足,，信息時代的來臨和市場需求都迫切需要將CDN與新型技術(shù)進行融合，主要有軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Define Network,，SDN）^[25],、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）^[26]技術(shù)以及深度學(xué)習(xí)技術(shù),，使其實現(xiàn)邊緣智能和自適應(yīng)組網(wǎng)等功能,。未來對CDN預(yù)取技術(shù)研究將更加關(guān)注于CDN網(wǎng)絡(luò)與新技術(shù)融合帶來的挑戰(zhàn)。

3.1 SDN/NFV技術(shù)與CDN網(wǎng)絡(luò)融合

    目前,，大多數(shù)的CDN網(wǎng)絡(luò)是由各大廠家研制開發(fā)的專用型設(shè)備組成的,，對多樣性的業(yè)務(wù)支持的能力不足，且自建網(wǎng)絡(luò)方式產(chǎn)生了資源獨占的現(xiàn)象,，阻礙著CDN行業(yè)的快速發(fā)展,。融合SDN/NFV技術(shù)到CDN網(wǎng)絡(luò)，利用NFV的軟硬件解耦和功能抽象特點,，以及利用SDN的設(shè)備控制與數(shù)據(jù)分離的特征,，可以加強CDN的多業(yè)務(wù)智能化服務(wù)能力^[27]。

    在這種契機下,，由差異化業(yè)務(wù)給CDN中內(nèi)容預(yù)取帶來的挑戰(zhàn)：不同業(yè)務(wù)對應(yīng)內(nèi)容的格式,、類型以及大小不盡相同；針對不同業(yè)務(wù)下相同類型的內(nèi)容的用戶需求也有所不同；不同業(yè)務(wù)的用戶訪問場景也存在差異,。如何針對差異化業(yè)務(wù)預(yù)取合理的內(nèi)容,，滿足不同業(yè)務(wù)下用戶的需求，實現(xiàn)CDN預(yù)取的靈活性,，是下一步CDN預(yù)取技術(shù)的關(guān)鍵所在,。

3.2 深度學(xué)習(xí)與CDN網(wǎng)絡(luò)融合

    目前視頻提供商依賴于地理上分布的CDN網(wǎng)絡(luò)，將視頻內(nèi)容盡可能靠近用戶放置,，以提高視頻質(zhì)量并避免服務(wù)器端的單點故障,。視頻流量爆炸式增長嚴(yán)重增加了CDN網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，準(zhǔn)確分析視頻的特征并預(yù)取用戶需求的視頻內(nèi)容,，是減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)的重要途徑,。相對于自然語言的分析，對視頻數(shù)據(jù)的分析更為困難,。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過分層學(xué)習(xí)過程,，能夠有效地提取輸入數(shù)據(jù)的高維度特征，顯著提升計算機視覺,、自然語言處理以及語音識別的精確度^[28],。

    深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)給CDN中視頻預(yù)取帶來新的契機，例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Convolutional Neural Networks,，CNN)^[29]能夠仿造生物的視知覺(Visual Perception)^[30]機制，可以應(yīng)用于預(yù)取機制中的視頻分類和用戶偏好挖掘,。此外,，遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Recursive Neural Network，RNN)^[31]能夠?qū)r間順序的自然語言,、語音識別等數(shù)據(jù)的變化進行建模,，可用于預(yù)取時預(yù)測用戶需求。深度學(xué)習(xí)可以為CDN預(yù)取中內(nèi)容分類方法,、用戶興趣挖掘等提供了更優(yōu)的解決方法,，隨著流媒體內(nèi)容的發(fā)展，對視頻,、音樂的預(yù)取將更加依賴于深度學(xué)習(xí),。

4 結(jié)論

    本文以預(yù)取關(guān)注對象為基礎(chǔ)，對近年來CDN預(yù)取技術(shù)進行綜述,，總結(jié)歸納出基于流行度的預(yù)取,、基于用戶偏好的預(yù)取、基于社交網(wǎng)絡(luò)的預(yù)取以及基于用戶移動性的預(yù)取這四類預(yù)取方式,?；诹餍卸鹊念A(yù)取關(guān)注了網(wǎng)絡(luò)中普遍的內(nèi)容流行情況，本質(zhì)上反映出內(nèi)容的請求趨勢，它是當(dāng)前一種主流的預(yù)取方式,?；谟脩羝玫念A(yù)取通過挖掘群體用戶的偏好，使預(yù)取技術(shù)更加適應(yīng)于用戶的個性化需求,，進一步提高了邊緣節(jié)點中緩存內(nèi)容的準(zhǔn)確率,。基于社交網(wǎng)絡(luò)的預(yù)取根據(jù)用戶之間的聯(lián)系構(gòu)建內(nèi)容傳播的模型,，預(yù)測用戶訪問內(nèi)容傳播位置,，提高邊緣節(jié)點的緩存命中率?；谟脩粢苿有缘念A(yù)取根據(jù)用戶的移動性對節(jié)點內(nèi)容需求的影響,，動態(tài)地調(diào)整內(nèi)容預(yù)取，提高了移動場景下節(jié)點服務(wù)器的緩存命中率,。預(yù)取機制的主要目的是為了提高CDN網(wǎng)絡(luò)的緩存命中率和準(zhǔn)確率,，但是也會帶來一定的網(wǎng)絡(luò)資源消耗，因此可以大規(guī)模實施的預(yù)取技術(shù)需要控制預(yù)取的帶寬成本,。CDN網(wǎng)絡(luò)與新技術(shù)融合發(fā)展是滿足信息時代需求的必然走向,，本文分析了新型技術(shù)融合下預(yù)取技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，并給出了可能的研究方向,。

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文獻[20]-[31]略

作者信息:

王舒平,，張  毅，韋文聞,，楊  碩,，何  皇

（重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶400065）