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新兴的CPE Cache系统(六):实例研究

为了评估面向CPE Cache“透明缓存”模式的内容选择的有效性,Aterlo Networks公司在运营商现网中进行了相关的实例研究:在美国一家固定-移动通信基础网络运营商的网络中部署了相关的监测设备,并对用户观看Netflix视频的行为数据(全为匿名信息)进行取样操作,并由一台仿真型的CPE Cache控制器进行后期处理。
 
此次试验中,选择Netflix的原因在于:(1)在大多数的住宅宽带网络中,由Netflix的视频应用所产生的数据流量是最大的(在峰值时间段,一般会占到总流量的35%~50%);(2)Netflix拥有涵盖电影、电视剧等广泛题材的视频内容,而且节目总量很大;(3)综合上述两点原因看来,Netflix就具有较大的普适性,基本上可以代表所有因特网流媒体视频。图1所示为在上述网络之中监测到的在一天的时间内,Netflix的视频数据流量变化情况。从中可见:(1)数据流量数值的时变特性很强;(2)峰值时间段是晚间的18点到22点(作为此项研究的峰值时间数据)。


 
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图1  该试验中,Netflix平均每天各时间段内的网络数据流量情况


 
图2所示为在上述网络之中监测到的在一天中,Netflix视频内容平均传输码率随时间变化的关系。从中可见:(1)在一天中的峰值时间段内,平均码率是最小的,从而,此次最容易发生网络拥塞问题;(2)在峰值时间段,此网络的传输速率低于美国网络的平均水平;(3)Netflix视频内容平均传输码率低于1.5 Mbps(而2015年2月版的Netflix ISP Speed Index中所披露的相关数据则为3 Mbps),这就说明,该基础网络运营商可能对Netflix视频内容进行了使用或者技术方面的限制。但是另一方面,该基础网络运营商的用户享受不到好的Netflix视频服务使用体验。


 
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图2   该试验中,Netflix平均每天各时间段内的视频内容平均传输码率


 
CPE Cache系统可以缓解网络拥塞,从而就可在网络数据流量峰值时间段内为用户提供更好的使用体验,并可提高总体的平均传输速率——这是由于,可以通过预先下载内容的方式来克服网络速率的限制性问题、提高用户满意度。这对基础网络运营商与广大第三方内容服务提供商均是有益的,而且均可通过所部署的CPE Cache系统来提高市场竞争力。
 
图3所示为在上述网络之中监测到的数据流量峰值时间段内,CPE Cache系统的命中率(其中具有四种不同的存储容量设置:16GB、32GB、64GB与128GB)。从中可见:(1)如果采取内容选择算法,缓存命中率可达到约47%的水平;(2)在16GB~64GB的范围之内,存储容量的大小对于缓存命中率有着很大的影响:后者随前者的增大而迅速地提升;(3)一旦存储容量高于64GB,随着容量数值的提升,缓存效率只有着很小幅的提升。


 
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图3   该试验中所发现的CPE Cache容量空间大小与峰值时间段缓存命中率之间的关系


 
此次试验中所采取的内容选择算法基于对于历史内容的分析,并采取“用户驻地感知”模式来优化部署于用户侧的CPE Cache的存储容量空间。由于在峰值时间段,此网络的接入速率低于美国平均水平,就需要以更高的CPE Cache存储容量来达到其他网络的传输/分发效果。
 
图4和图5给出了在上述网络之中部署具有64GB容量的CPE Cache时,平均每天的相关结果。从中可见:部署了CPE Cache系统之后,Netflix的峰值网络利用率降低了47%。此次试验并未测试把相关内容下载到存储模块之中所产生的效应,从而可能会在一天之中的网络空闲时间段增加数据流量,而且也可以让一天中的数据流量曲线更为平整。


 
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图4  64GB容量下,一天中,网络平均数据流量的分布


 
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图5  64GB容量下,一天中,Netflix视频内容缓存命中率的分布


 
一般地,Netflix的视频内容流量占宽带网络峰值时间段总体数据流量的35%左右。而此次试验发现,在部署了CPE Cache系统之后,相关数值可以下降16%左右。根据市场调研公司Sandvine所提供的数据,在北美,网络数据流量峰值时间段内,大约有67.53%的流量均是由OTT网络视频所产生的。从而,如果在北美的所有网络之中均部署CPE Cache系统,就可以节约大致三分之一的下行网络峰值数据流量。
 
最后,图6显示,此次试验发现,使用CPE Cache系统服务的用户数越多,Netflix视频内容的缓存命中率就越高——大致有90%的效益可以通过这样的方式获得:为排名前50%的Netflix忠实用户部署CPE Cache解决方案。因此,这种经济性的部署方式可以在提高网络效率的同时,把跨网络的总体存储容量最小化。


 
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图6  缓存命中率与部署百分比之间的关系


 
 
参考文献:
 
[1] Scot Loach. CPE CACHING – USING NETWORK INEFFICIENCY TO DELIVER BETTER INTERNET STREAMING[C]. 2015 Spring Technical Forum Proceedings. NY:NCTA, 2015-05-05.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员
 


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