内容分发网络 (CDN) 的节能方案：缓存优化和更新策略

随着'宽带需求量大的视频互联网服务的不断普及，内容分发网络 (CDN) 正在成为一种新兴的视频传输服务平台，它的目标是在保持用户期望的体验质量的同时，最大限度地提高网络中内容的可用性。由于视频内容来源和目的地分散的特性，这一目标具有挑战性。此外，与内容分发相关的高能耗要求开发能够满足未来互联网需求的节能解决方案。本论文讨论了考虑能耗在内的内容存储和更新问题。

首先，本研究贡献了一种新的节能缓存方案，该方案将最受欢迎的内容存储在核心网络的边缘，并优化缓存内容的大小以最小化能耗。它考虑了日常流量的趋势，并在非高峰时段建议将缓存的不活跃部分置于睡眠模式。我们的研究结果表明，部署可以关闭的缓存可以实现功耗最小化，缓存的活动部分随着一天中时间的变化趋势跟随流量的趋势。

其次，本研究研究了不同的内容流行度分布，并确定了它们对能耗的影响。内容流行度的分布决定了通过存储一定数量的视频所获得的缓存命中率。因此，它直接影响缓存的功耗。评估结果表明，在内容流行度非常多样的视频服务中，最优解决方案是将几个最受欢迎的视频存储在缓存中。相反，当视频流行度相似时，最节能的方案要么将整个图书馆存储在缓存中，要么根据视频图书馆的大小完全避免缓存。

第三，本论文提出了一个基于真实世界电视数据，考虑标准和高清电视节目的功耗评估。我们提出了一种基于可预测的电视观看性质的缓存更换算法。时间驱动的主动缓存更换算法每天替换多次缓存内容，以最小化功耗。该算法除了通过缓存实现的功耗减少外，还可以获得较大的功耗节省。

CDN 预计将继续成为互联网视频应用的骨干。本研究表明，考虑到一系列内容流行度分布，将正确数量的流行视频存储在核心缓存中可以减少 42% 至 72% 的网络功耗。考虑固定和睡眠模式可用的缓存，维持最新的缓存内容可以减少 48% 和 86% 的功耗。降低 CDN 的能耗为未来绿色视频传输提供了宝贵贡献。