I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 9 ,   p p .   3 6 9 ~3 8 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 1 . pp 369 - 3 8 5          369       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Co ntent - a w a re r eso urce allo ca tion  m o del  for IPT V   deliv ery netw o rk s       Su li m a n M .   F a t i 1 ,   P utr a   Su m a ri 2 ,   Wo u O n n Cho o 3   1   Co ll e g e   o f   Co m p u ters   a n d   I n f o rm a ti o n   S c ien c e s,  P ri n c e   S u lt a n   U n iv e rsity ,   S a u d A ra b ia   2   S c h o o o f   Co m p u ter S c ien c e s,  Un iv e rsiti   S a in s M a lay sia ,   M a l a y si a   3   F a u lt y   o f   In f o rm a ti o n   T e c h n o l o g y   a n d   S c ien c e ,   INT In tern a ti o n a Un iv e rsity ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   9 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u l   2 3 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   11 ,   2 0 1 8       No w a d a y s,  w it h   th e   e v o lu ti o n   o f   d ig it a v id e o   b ro a d c a stin g ,   a we ll   a s,  th e   a d v e n o f   h ig h   sp e e d   b ro a d b a n d   n e tw o rk s,   a   n e e ra   o T V   s e rv ice s   h a e m e rg e d   k n o w n   a IP T V .   IP T is  a   s y st e m   th a e m p lo y s   th e   h ig h   sp e e d   b ro a d b a n d   n e tw o rk to   d e li v e T V   se rv ic e to   th e   su b sc rib e rs.   F ro m   th e   se rv ice   p ro v id e v ie w p o in t,   th e   c h a ll e n g e   in   IP T V   s y ste m s   is  h o to   b u il d   d e li v e r y   n e tw o rk th a e x p lo it s   th e   re so u rc e e f f i c ien tl y   a n d   re d u c e th e   se rv ice   c o st,  a we ll .   Ho w e v e r,   d e sig n in g   su c h   d e li v e ry   n e t w o rk a ffe c ted   b y   m a n y   fa c to rs  in c lu d i n g   c h o o sin g   th e   su it a b le  n e tw o rk   a rc h it e c tu re ,   lo a d   b a lan c in g ,   re so u rc e w a ste ,   a n d   c o st  re d u c ti o n .   F u rt h e rm o re ,   IP T V   c o n ten ts   c h a ra c teristics ,   p a rti c u larly siz e ,   p o p u larity ,   a n d   in tera c ti v it y   p l a y   a n   im p o rtan ro le  i n   b a lan c in g   t h e   lo a d   a n d   a v o id in g   t h e   re so u rc e w a st e   f o r   d e li v e r y   n e tw o rk s.  In   th is  p a p e r ,   w e   in v e stig a te  th e   p ro b lem   o re so u rc e   a ll o c a ti o n   f o I P T V   d e li v e ry   n e tw o rk o v e th e   re c e n a rc h it e c t u re ,   p e e r - se rv ice   a re a   a rc h it e c tu re .   T h e   G e n e ti c   A lg o rit h m   a a n   o p ti m iza ti o n   t o o h a b e e n   u se d   to   f in d   t h e   o p ti m a p ro v isio n in g   p a ra m e ters   in c lu d i n g   sto ra g e ,   b a n d w id th ,   a n d   C P c o n su m p ti o n .   T h e   e x p e rim e n ts  h a v e   b e e n   c o n d u c te d   o n   tw o   d a ta  se ts   w it h   d iff e re n p o p u larity   d istri b u ti o n s.  T h e   e x p e ri m e n ts  h a v e   b e e n   c o n d u c ted   o n   tw o   p o p u larity   d istri b u ti o n s.  T h e   e x p e ri m e n tal  re su lt sh o w e d   th e   im p a c o f   c o n ten sta t u s o n   th e   re so u rc e   a ll o c a ti o n   p ro c e ss .   K ey w o r d s :   C o n te n t s tat u s   C o n te n t - a w ar e   H y b r id   g en et ic  alg o r it h m   I PT d eliv er y   n et w o r k s   R eso u r ce   a ll o ca tio n   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su li m a n   M.   Fati,    C o lleg o f   C o m p u ter s   a n d   I n f o r m at io n   Scie n ce s   P r in ce   Su lta n   Un iv er s it y   R i y ad h   1 2 4 3 5 ,   Sau d i A r ab ia .   E m ail:  s m f ati @ y ah o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     I PT V,   as  p r o m i s in g   tech n o l o g y ,   i s   g r o w i n g   r ap id l y   i n   ter m s   o f   s u b s cr ib er s   a n d   r ev e n u e   to   b ec o m e   in   t h n ea r   f u tu r t h s tan d ar d   m ea n s   to   d eliv er   h o m an d   b u s i n es s   en ter tain m e n co n ten t s   [ 1 ] .   T h u s ,   T elec o m m u n icatio n   co m p an ie s   h a v e n ter ed   h ec t ic  co m p etitio n   to   i n cr ea s t h eir   c u s to m er   b ase  a n d   p r o f it  b y   d eli v e r i n g   th I P T s er v ic es [ 1 ] ,   [ 2 ] .   On   th o th er   h an d ,   th k e y   co n ce r n   o f   s er v ice  p r o v id er s   i n   t h is   h ec tic   co m p eti tio n   i s   h o w   to   p r o v id h ig h   q u al it y   s er v ice  w i th   m i n i m u m   co s t.    C o n s eq u en tl y ,   t h co s r ed u cti o n   is   o n o f   th s er v ice  p r o v id er s   w o r r ie s .   Su c h   co s r ed u cti o n   ca n   b ac h iev ed   b y   co n tr o llin g   t h r eso u r ce s   al lo ca tio n   p r o ce s s   [ 3 ] .   R eso u r ce   A llo ca tio n   i s   a n   i m p o r tan t   is s u e   in   d esig n in g   t h s h ar ed   d eliv er y   n et w o r k .   R eso u r ce   allo ca ti o n   d eter m in e s   th lo ca tio n s   an d   th a m o u n o f   r eso u r ce s   to   m i n i m ize   th e   c o s u n d er   ce r tai n   co n s tr ain ts .   I n   t h e   s h ar ed   d eliv er y   n et wo r k s ,   m an y   s er v ice   p r o v id er s   m a y   s h ar r eso u r ce s   an d   co m p ete  to   d eliv er   g o o d   q u alit y   s er v ice s .   Fo r   th at,   th e s r eso u r ce s   s h o u ld   b s h ar ed   i n   a   m o r e f f ec ti v e   m a n n er   [ 4 ] .   Ho w e v er ,   I P T s y s te m s   s u f f er   f r o m   th e   s u d d en   p ea k   w o r k lo ad s .   T h u s ,   allo ca ti n g   lar g a m o u n t   o f   r eso u r ce s   to   co p w it h   t h s u d d en   w o r k lo ad   lead s   to   lo w   r eso u r ce s   u tili za t io n   at  n o n - p ea k   h o u r s .   On   t h o th er   h an d ,   n o n - co n s id er in g   t h p ea k   w o r k l o ad   lead s   to   u s er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 9   :    3 6 9   -   385   370   d is s atis f ac tio n   d u r i n g   t h p ea k   h o u r s .   Fo r   th at,   p a y - as - y o u - g o   s ch e m i s   s u g g e s ted   b y   s o m d eliv er y   n e t w o r k   p r o v id er s .   Am az o n   C lo u d Fro n t is a  g lo b al  ex a m p le  o f   th is   s c h e m e.   I n   t h is   s c h e m e,   th s er v ice  p r o v id er   h as to   p ay   f o r   th u s ed   r eso u r ce s   o n l y   w it h o u t a n y   u p f r o n t,  co m m it ,   o r   s er v ice  co n tr ac t.   P ar ticu lar l y ,   th f l u ct u atio n   i n   th w o r k lo ad   ( i.e .   th n u m b er   o f   in co m i n g   r eq u e s ts   tar g eti n g   t h e   h o s ted   co n te n t s )   is   a   s er io u s   i s s u t h r e aten s   I P T s y s te m s .   Su c h   w o r k lo ad   f l u ct u atio n   is s u f i g u r es  o u t h e   co n ten t   s tat u s   i n   I P T s y s te m .   Gab er   a n d   o th er s   [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]   s u g g e s ted   co n ten t s   w o r k lo ad   e s ti m atio n   m o d el  t h at  e s ti m ates  th co n t en ts   s tatu s   ac co r d in g   to   th eir   ch ar ac ter is tic s .   Of   th e s ch ar ac ter is tics   ar h u g e   s ize  ( i.e .   in   Me g B y te s   o r   Gi g B y te s ) ,   in ter ac ti v it y ,   an d   r a p id ly   c h a n g in g   e f f ec tiv p er io d   [ 8 ] .   Su ch   d is ti n ct  ch ar ac ter is tic s   m a k t h d esi g n   o f   I PT d eliv er y   n et w o r k s   ch alle n g ea b le.   On   th o t h er   h an d ,   ig n o r in g   t h s tatu s   o f   d iv er s co n ten ts   lea d s   to   lo ad   im b alan ce   a n d   w aste  o f   r eso u r ce s   [ 9 ] .   T h er ef o r e,   esti m ati n g   t h e   co n ten t s   s tatu s   ac co r d in g   to   th es ch ar ac ter is tic s   is   cr u cial  f ac to r   in   I PT s y s te m s .   C o n ten s tatu s   m o d eli n g   r ef er s   as  es ti m ati n g   th p o r tio n   o f   co n cu r r e n r eq u ests   t h at  tar g et  t h co n te n ac co r d in g   to   its   ch ar ac ter is tic s .   Su c h   m o d eli n g   h elp s   lo i n   h a n d lin g   b o th   th lo ad   b alan cin g   a n d   r eso u r ce   allo ca tio n   b ased   o n   th an ticip ated   lo ad   o f   co n ten ts   [ 5 ] .     B y   m ea n s   o f   s u c h   co n te n t s   s tatu s   est i m a tio n   m o d el,   t h s e r v ice  p r o v id er   ca n   co n tr o t h e   r eso u r ce s   allo ca tio n   ac co r d in g   to   th c o n ten s tatu s   an d   t h u s er s   d em a n d   to   r ed u ce   th h o s t in g   co s [ 10 ]   w i th o u t   af f ec tin g   t h u s er s   s a tis f ac tio n .   T h is   in te g r atio n   allo w s   t h s er v ice  p r o v id er   to   ad j u s th r eq u ir ed   r eso u r ce s   ac co r d in g   to   th n ec e s s itated   r ep licatio n   s ch e m e.   Fo r   th at,   L ao u tar i s   et  al.   [ 11 ]   ar g u th at  r ep lica  p lace m e n t   p r o b lem   an d   r eso u r ce   allo ca t io n   p r o b lem   s h o u ld   b s o lv e d   jo in tl y   d u to   th d ep en d e n c y   b et w ee n   t h e m .   Mo r eo v er ,   co n s id er in g   th co n ten ts   s tat u s   d u r i n g   th i n teg r atio n   g i v es  t h s er v ice  p r o v id e r s   th p o s s ib ilit y   to   co n tr o th r eso u r ce s   a n d   co n ten d is tr ib u tio n   ac co r d in g   to   th d e m a n d   f l u ct u atio n ,   a s   w ell  a s ,   en ab les  th e   d eliv er y   n et w o r k   to   ab s o r b   th s u d d en   lo ad   f l u ctu a tio n .     T h er ef o r e,   th is   p ap er   co n ce r n s   ab o u h o w   to   b u i ld   co n te n t - a w ar r eso u r ce   allo ca tio n   m o d el  t h at   co n s id er s   t h co n ten s tatu s   to   r ed u ce   t h w a s te  o f   r es o u r ce s .   I n   th i s   p ap er ,   C o n te n t - Aw ar R eso u r ce   A llo ca tio n   Mo d el  ( C AR A M)   is   p r o p o s ed .   C AR A m o d el  co n s id er s   t h co n ten t s   s ta tu s   in cl u d in g   co n ten t s   lo ad   an d   co n te n t s   p o p u lar it y   d is tr ib u tio n   to   d ec id th e   r e q u ir ed   r eso u r ce s .   C AR A M   m o d el   allo ca tes   t h re s o u r ce s   ac co r d in g   to   th e   r ep licatio n   s tr ate g y .   T h u s ,   it c a n   s av e   th e   r eso u r ce s   i n   ter m s   o f   s to r ag e,   b an d w id t h ,   an d   C P U.   Fo r   th is   p u r p o s e,   th r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b lem   an d   th r ep lica  p lace m e n p r o b le m   ar in te g r ated   to   allo ca te  th r eso u r ce s   d ep en d in g   o n   th n ec ess itated   r ep licatio n   s ch e m e.   T h co n ten t - a w ar r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b lem   is   s tu d ied   an d   f o r m u lated   m at h e m a ticall y   as  co n s tr ai n ed   b in ar y   o p ti m izatio n   p r o b lem .   Nex t,  t h is   p r o b le m   is   s o lv ed   u s i n g   H y b r id   Gen e tic  A l g o r ith m   a i m in g   to   ev al u ate  t h e f f ec o f   co n te n s tat u s   o n   th co n te n t - a w ar r eso u r ce   allo ca tio n .   Fo r   th i s   p u r p o s e,   t w o   p o p u lar it y   d is tr ib u ti o n s   ar co n s id er ed   th r o u g h   t h is   p ap er .   T h ese  p o p u lar it y   d is tr ib u tio n s   ar Z ip f s   d is tr ib u tio n   an d   t h ex p o n en tial  d is tr ib u tio n s ,   w h ic h   f o llo w   t h n o r m a l d en s i t y   f u n ctio n   [ 1 2 ] .     T h r est  o f   th is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s .   Sec tio n   2   is   d ed icate d   f o r   b ac k g r o u n d   an d   r elate d   w o r k s .   Sectio n   3   p r esen t s   th s y s te m   m o d el  a n d   p r o b lem   f o r m u latio n .   Sectio n   4   in tr o d u ce s   th p r o p o s ed   h y b r id   Ge n etic   al g o r ith m   t o   s o lv e   t h is   p r o b le m .   Sectio n   5   i s   d ed icate d   f o r   ex p er i m en tal  r es u lt s   a n d   d is cu s s io n .   Fi n all y ,   Sectio n   6   p r esen ts   t h co n cl u s io n   an d   f u tu r w o r k .       2.   B ACK G RO UND  AN RE L AT E WO RK S   A lt h o u g h   t h h i g h   b en e f it s   o f   I P T d eliv er y   n et w o r k s   to   b o th   s er v ice  p r o v id er   an d   C o n te n t   co n s u m er ,   d esig n i n g   ef f icie n d eliv er y   n e t w o r k s   is   n o tr iv ial  task   a n d   h as  p o ten tial  p r o b le m s ,   w h ic h   m u s t   b s o lv ed .   I P T d eliv er y   n et w o r k s   co m p o s itio n ,   C o n te n t   d is tr ib u tio n   an d   m a n a g e m e n t,   r eso u r ce   allo ca tio n ,   an d   r eq u est  r ed ir ec tio n   ar th m a in   clas s es  o f   is s u e s   th at  m u s b co n s id er ed   d u r in g   b u ild in g   t h d eliv er y   n et w o r k s .   I PT d eliv er y   n e t w o r k s   co m p o s itio n   in c lu d es   d eliv er y   n et w o r k   p lace m e n t,  d eter m i n i n g   t h e   s er v er s   s p ec i f icatio n s ,   an d   i n t er ac tio n   a m o n g   s er v er s .   C o n te n d is tr ib u tio n   a n d   m a n ag e m e n i n clu d e s   co n te n t   s elec tio n   a n d   d is tr ib u tio n   b as ed   o n   d e m an d   a n d   ca ch e/r ep li ca   m a n ag e m e n t.  R e s o u r ce   all o ca tio n   ch o o s es  th e   t y p an d   s ize  o f   r eso u r ce s   t h at  ar r eq u ir ed   f o r   ea ch   s u r r o g ate  s er v er .   R eq u est  r ed ir ec tio n   i n clu d es   th e   tech n iq u es   to   d is tr ib u te  t h r e q u ests   a m o n g   s er v er s   i n   m a n n er   to   m a in ta in   th e   lo ad   b alan ce d   an d   a v o id   t h e   tr af f ic  co n g e s tio n   [ 4 ] ,   [ 1 3 ] .     C o n te n p lace m en is   a n   i m p o r tan p o in i n   t h d eli v er y   n et w o r k s   f o r   m u lti m ed ia  s tr ea m i n g .   I n   lar g e   m u lti m ed ia  s y s te m s   ( e. g .   I PT V) ,   th ef f ec ti v co n te n p lace m e n is   h i g h l y   r eq u ir ed   to   co p e   w ith   lo ad   i m b alan ce ,   in s u f f icie n b a n d w id t h ,   la r g d ela y ,   a n d   p ac k et  lo s s   [ 14 ] - [ 1 6 ] .   I n   th c o n tex t   o f   co n ten t   p lace m en t,  a   co n s id er ab le  n u m b er   o f   w o r k s   ar p r o p o s ed   to   co p w it h   t h g r o w i n g   d e m a n d   o n   th e s co n te n ts .   On   t h o t h er   h a n d ,   R ep lica   p lace m en P r o b lem ,   a s   g lo b al   s tr ateg y ,   i s   w id el y   i n v esti g at ed   in   t h li ter atu r e   r ev ie w   to   i m p r o v th o v er all  p er f o r m a n ce   an d /o r   m i n i m i ze   th allo ca tio n   co s [ 1 7 ] .   I n   th li ter atu r e,   th e   R ep lica  P lace m en p r o b lem   i s   f o r m a ll y   e x p r ess ed   as  p r o b lem   d e f i n itio n   ( co s f u n c ti o n ) ,   w h ic h   m o v es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o n ten t - a w a r r eso u r ce   a llo ca tio n   mo d el  f o r   I P TV  d elive r n etw o r ks  ( S u lima n   M.  F a ti )   371   to w ar d   an   o v er all   g o al  ( p er f o r m a n ce   o r   co s i m p r o v e m en t) .   Su c h   p r o b le m s   t y p icall y   r eq u ir h e u r is tic   alg o r ith m s   to   f i n d   ap p r o x im a t s o lu tio n s   w it h i n   f ea s ib le  ti m e,   d u to   th a t t h e y   ar NP - co m p lete  [1 8 ] , [   19 ].     I n   t h co n te x t   o f   p r o b le m   d e f i n itio n ,   th e   r esear ch er s   i n v e s ti g ate  th e   co n te n t r ep licatio n   p r o b le m   f r o m   t w o   p er s p ec tiv e s .   T h f ir s p er s p ec tiv is   to   i m p r o v th q u a lit y   o f   s er v ice  [ 20 ] - [ 2 3 ] .   T h s ec o n d   p er s p ec tiv e   is   to   m i n i m ize  th d eli v er y   co s [ 11 ] [ 1 2 ] ,   an d   [ 24 ] - [ 2 8 ] .   T h ese  w o r k s   ca n   also   b class if ied   ac co r d in g   to   th e   s o lu tio n   p r o p o s ed .   T h ese  s o lu tio n s   ca n   b class i f ied   i n to   h eu r is tic  s o lu ti o n s   a n d   ev o l u tio n ar y   s o lu tio n s .   T h h eu r i s tic  s o lu tio n s   in c lu d th ap p r o x i m atio n   alg o r it h m s   a n d   t h g r ee d y   al g o r ith m s .   I n   co n tr ast,  t h e   ev o lu tio n ar y   al g o r ith m s   in cl u d Gen etic,   an t c o lo n y ,   an d   p ar ticle  s w ar m   al g o r ith m s .   B ec au s o f   th R ep lica  P lace m en P r o b lem   is   NP - C o m p let [ 2 9 ] - [ 31 ] ,   th ey   t y p icall y   r eq u ir m eta - h eu r i s ti al g o r ith m s   to   f i n d   ap p r o x i m ate  s o l u tio n s   w it h i n   f ea s ib le  ti m [ 18 ] .   E m p lo y i n g   s u c h   m eta - h e u r is ti c   alg o r ith m s   h elp   in   g ai n i n g   th m a x i m u m   b e n ef i o f   r ep licatio n   th at  is   cr u c ial  f o r   th s u cc es s   o f   th I P T V   s y s te m s .   Ho w ev er ,   t h a f o r em en tio n ed   w o r k s ,   w h ic h   e x p lo it  h eu r i s tic  al g o r ith m s ,   f ail  t o   p r o d u ce   an   o p ti m a l   ef f ec tiv e   p lace m e n s tr ate g y   [ 30 ] [ 31 ] .   T h u s ,   d u e   to   t h f r u it f u ap p licatio n   o f   e v o lu t io n ar y   a lg o r it h m s   t o   s o lv a   v ar iet y   o f   o p ti m izat io n   p r o b le m s ,   m a n y   atte m p t s   ar r ec o r d ed   in   t h d ir ec ti o n   o f   u s i n g   th e s e   alg o r ith m s   i n   s o l v i n g   r ep lica  p lace m en t   p r o b le m .   K h an   an d   Ah m ad   [ 32 ]   co m p ar ed   t h h eu r i s tic  al g o r it h m s   w it h   ev o l u tio n ar y   al g o r ith m s   ( Gen etic  Alg o r it h m   as   an   ex a m p le) .   T h e y   i n tr o d u ce d   u n if ied   co s m o d el  th a t   ca p tu r es  th m i n i m izatio n   o f   th t o tal  o b j ec t   tr an s f er   co s t   in   th s y s te m ,   w h ic h   in   t u r n ,   lead s   to   ef f ec ti v e   u tili za t io n   o f   s to r ag s p ac e,   r ep lica  co n s is te n c y ,   a n d   f au lt - to ler an ce .   T h s tu d y   s h o w s   th a Gen etic  A l g o r ith m   o u tp er f o r m s   t h h eu r i s tic  al g o r ith m s   ( e. g .   g r ee d y   al g o r ith m s )   i n   ter m s   o f   s o l u tio n   q u alit y .   A l th o u g h ,   E v o lu tio n ar y   a lg o r it h m s   p r o d u ce   b etter   s o l u tio n s   a s   clo s as  p o s s ib le  to   t h o p ti m al  s o l u tio n s ,   t h h eu r i s tic   alg o r ith m s   ar f as ter   th a n   e v o lu tio n ar y   al g o r ith m s   i n   t h r u n n in g   t i m e.     T h ese  f i n d in g s   a ls o   co n f ir m ed   b y   th e   au th o r s   i n   [ 31 ] [ 33 ] .     R eso u r ce   a llo ca tio n   is   a n   i m p o r tan p r o ce s s   in   d esi g n in g   I PT d eliv er y   n et w o r k s .   T h is   p r o ce s s   co n s is ts   o f   d eter m in i n g   t h lo ca tio n ,   t h t y p e,   an d   t h a m o u n o f   n et w o r k i n g   r eso u r ce s   to   d ep lo y .   T h ai m   o f   th r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b le m   i s   to   m i n i m ize  th co s w h il ce r tain   co n s tr ain ts   ar r esp ec ted   [ 19 ] .   T h u s ,   th e   o p tim izatio n   s tr ateg ie s   ar g o o d   o p tio n   to   s o lv s u ch   p r o b le m s   [ 34 ] .     I n   th liter at u r r ev ie w ,   t h r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b lem   h a s   b ee n   ad d r ess ed   u s in g   h e u r is tic  s o l u ti o n s   [ 3 5 ] .   W au ter s   et  al.   [ 21 ]   a d d r ess   th r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b lem   o f   d eter m i n in g   t h eq u ip m e n r eq u ir ed   f o r   b u ild in g   tr an s p o r n et w o r k   f o r   Vo s er v ices.  T h ey   f o c u s ed   o n   d eter m in in g   th n u m b er   o f   p o r ts   o f   ea c h   s er v er ,   as  w ell  a s ,   t h n u m b er   o f   m u ltip lex er s   a n s w itc h   p o r ts   at  ea c h   n o d e.   I n   t h eir   s t u d y ,   th e   d ec en tr alize d   n et w o r k   is   d iv id ed   i n to   r eg io n a l s u b   n et w o r k s   w i th   r in g   to p o lo g y .   Ne x t,  a   s i n g le   s er v er   i s   i n s ta lled   o n   ea c h   r e g io n al  s u b   n et w o r k .     Si m ilar l y ,   Kitj o n g th a w o n k u l   an d   Ko   [ 36 ]   ex a m i n ed   th r es o u r ce   allo ca tio n   p r o b lem s   i n   VOD  n et w o r k   to   f in d   t h o p ti m al  lo ca tio n s   o f   th v id eo   s er v er s .   T h e y   co n s i d er ed   th u s er s   d e m a n d   to   s elec th lo ca tio n   o f   t h o s s er v er s .   Mo r eo v er ,   th au th o r s   ad d r ess ed   th e   allo ca tio n   p r o b le m   u s i n g   t h d y n a m ic  p r o g r a m m i n g   tec h n iq u e.   T h o b j ec tiv o f   Kitj o n g th a w o n k u a n d   Ko   is   t o   m in i m ize  t h to tal  o p er atin g   co s t,  in c lu d i n g   tr an s m i s s io n   co s t,  s to r ag co s t,   an d   s er v er   in s tallat io n   co s t.   A llo ca ti n g   th r eso u r ce s   to   b u ild   an   o v er la y   n et w o r k   o v er   m u ltip le  s u b s tr ate  n et w o r k s   is   p r o p o s ed   b y   Ho u id et  al.   [ 37 ]   an d   P a n d e y   et  al.   [ 38 ] .   Ho u id p r o p o s ed   d y n a m ic  o v er la y   n et wo r k   cr ea tio n   m o d el  ac co r d in g   to   th lo ad   an d   t h av ailab le  r eso u r ce s .   T h p r o p o s ed   m o d el  co m p o s ed   o f   r eq u est  s p litt i n g   alg o r ith m   a n d   e m b ed d in g   al g o r ith m .   T h r eq u est  s p litt i n g   alg o r ith m   ai m s   at  h e lp in g   t h o v er la y   n et w o r k   p r o v id er   to   d is tr ib u te  th in c o m in g   r eq u est s   a m o n g   th a v ailab le  s u b s tr ate  n et w o r k   p r o v id er s .   T h au th o r s   p r o p o s ed   t w o   r eq u e s ts   s p litt in g   al g o r ith m s m ax - f lo w   m i n - c u al g o r ith m   an d   l in ea r   p r o g r a m m in g   a l g o r it h m .   B ased   o n   th s p litt i n g   alg o r it h m ,   e m b ed d in g   alg o r it h m   is   p r o p o s ed   to   ass ig n   v ir tu al  n o d es   an d   lin k s   i n to   ea ch   s u b s tr ate  n et w o r k   p r o v id er   s i m u lta n eo u s l y .   I n   t h i s   w o r k ,   th e   au t h o r s   f o r m u lated   t h o v er la y   n e t w o r k   e m b ed d in g   p r o ce s s   to   b s o lv ed   b y   m ea n s   o f   m i x ed   in teg e r   p r o g r am .   T h ai m   o f   t h p r o p o s ed   em b ed d in g   alg o r ith m   is   to   i n cr ea s t h r eq u est ac ce p tan ce   r ate  an d   d ec r ea s th leas in g   co s t o f   i n f r ast r u ctu r e.     P an d ey   et  al.   [ 38 ]   f o cu s ed   o n   d eter m i n in g   t h o p ti m u m   n et w o r k   d ep lo y m e n s tr ateg y   f o r   Vo s er v ices   i n   h eter o g e n eo u s   n e t w o r k in g   e n v ir o n m en t.   T h d ep lo y m e n d ec is io n s   ca n   b m a d co n s id er in g   t h e   f o llo w in g   p ar a m eter s : th r eq u ir ed   n u m b er   o f   Vo s er v er s ,   th m in i m u m   p h y s ical  d i s tan c o f   s er v er   f r o m   th e   co m m u n it y   an d   t h b an d w id t h   ca p ac it y   r eq u ir e m e n t.  T h au th o r s   a i m   is   to   d eter m i n t h m i n i m u m   ca p ac it y   r eq u ir e m en ts   th a m ai n tai n   th m in i m u m   r eq u ir e m e n o f   Q u alit y   o f   E x p er ien ce   ( Qo E )   to   b m et.   Fo r   th at,   th e y   e s ti m ated   th r ee   Qo E   m etr ics:   th s er v er   w aiti n g   ti m e,   th m i n i m u m   o n e - w a y   d el a y ,   an d   th e   ac ce s s   n et w o r k   b an d w id t h   co n s u m p t io n .   Su c h   est i m a tio n   i s   d o n b ased   o n   th an a l y s is   o f   u s er   r eq u ir e m en ts   a n d   n et w o r k   co n f ig u r atio n s .   Af ter w ar d s ,   t h e y   f o r m u lated   t h s e r v er   lo ca tio n   p r o b le m   a n d   p at h   s e lectio n   p r o b lem   j o in tl y   as  an   I n teg er   L in ea r   P r o g r a m m in g   ( I L P )   p r o b lem .   T h au t h o r s   s o lv ed   th i s   p r o b le m   b y   m ea n s   o f   I L P   tech n iq u es,  as  w e ll a s ,   h e u r is ti cs.    On o f   t h f la w s   in   m o s p r o p o s ed   w o r k s   to   s o l v t h r eso u r ce   allo ca tio n   a n d /o r   r ep lica  p lace m e n t   p r o b lem   is   th a t h e y   co n s i d er   th p r o b lem s   o f   r eso u r ce   a llo ca tio n   o r   r ep lica  p lace m e n p r o b le m   in d ep en d en tl y .     So lv i n g   th ese   t w o   p r o b lem s   i n d ep en d en t l y   p r o d u ce s   s u b o p ti m al  s o lu tio n s th i s   is   d u to   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 9   :    3 6 9   -   385   372   d ir ec ef f ec o f   r ep licas  lo ca ti o n s   o n   th a m o u n o f   r eq u ir e d   r eso u r ce s   an d   v ice  v er s [ 11 ] ,   [ 39 ] .   T h m ai n   ad v an ta g o f   co m b i n in g   r ep lica  p lace m e n an d   r eso u r ce   all o ca tio n   in   o n j o in p r o b lem   i s   th at  t h r eso u r ce s   w il b u tili ze d   ef f icie n tl y   an d   as  n ec ess ar y .   O n ce   th e s r eso u r ce s   b ec o m n o   lo n g er   r eq u ir ed ,   th e y   w ill  b e   r elea s ed   to   b av ailab le  f o r   o t h er   u s er s   w h o   r eq u ir it  o r   ab le  to   p ay   f o r   it.  Fo r   th at,   in teg r atin g   th r ep lica  p lace m en t   p r o b lem   w it h   t h r eso u r ce   allo ca tio n   i s   s u g g e s te d   f ir s tl y   b y   [ 11 ] .   L ao u tar is   et   al.   [ 11 ]   ar g u th a t   th r ep lica  p lace m e n p r o b lem   a n d   th r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b lem   s h o u ld   b e   s o lv ed   jo in tl y   to   av o id   s u b o p ti m al  s o l u tio n .   T h ey   p r o p o s ed   r ea lis tic  f r a m e w o r k   to   b u ild   o p tim al  r eso u r ce co n te n allo ca tio n   m o d el   f o r   h ier ar ch ical  ar c h itect u r th at  m in i m izes  t h to tal  co s t.  T h co s h er is   r ep r esen t ed   b y   t h d is ta n ce   b et w ee n   th s to r ag lo ca tio n   an d   th en d   u s er .   T h f r a m e w o r k   o f   L a u tar is   to o k   i n to   co n s id er atio n   t h lo ad   b alan ce   an d   r eq u est  p ee r in g   a m o n g   s er v er s   as  co n s tr ain ts .   I n   th is   f r a m e w o r k ,   Ge n etic  A l g o r ith m   is   e x p lo ited   to   s o lv t h r eso u r ce   allo ca t io n   p r o b lem .   Ng u y en   e al .   [ 40 ]   ad d r ess ed   th p r o b le m   o f   o v er l y   n et w o r k   p r o v is io n i n g   f o r   m u lti m ed ia  c o n ten t s   to   b u ild   co s t - e f f ec ti v v ir tu al  d eli v er y   n et w o r k .   T h eir   f r a m e w o r k   ai m s   to   b u ild   an   o v er l y   d eli v er y   n et w o r k   o v er   s u b s tr ate  n e t w o r k .   T h ey   f o r m u lated   t h p r o v is i o n in g   p r o b le m   as  a   co m b i n atio n   b et w ee n   co n ten r ep licatio n   an d   r eso u r ce   allo ca tio n .   Nex t,  t h e y   s o lv ed   t h is   p r o v is io n in g   p r o b le m   u s i n g   L a g r an g ia n   r elax atio n   h eu r i s tic  al g o r ith m .     Si m i lar l y ,   Na k an i w et  al.   [ 41 ]   in tr o d u ce d   m at h e m a tical  m o d el  to   j o in   th co n ten r e p licatio n   w it h   s er v er   p lace m en f o r   th h ie r ar ch ical  ar ch itect u r e.   T h eir   ai m   w as  to   m a x i m ize  th s y s te m   r eliab ilit y   o f   d eliv er y   n et w o r k .   T h ey   i n tr o d u ce d   an   in te g er   p r o g r am m i n g   tec h n iq u to   m a x i m ize  th r eliab ilit y   o f   th e   s y s te m .   T h is   tec h n iq u f i n d s   th o p ti m al  s ch e m f o r   b o th   co n te n a n d   r eso u r ce   allo c atio n   p r o b le m s   t h at   m ax i m ize  th r eliab ilit y   o f   all   th p ath s   f r o m   ea ch   u s er   to   ea ch   f ile  lo ca tio n .   T h ey   ap p lie d   th eir   m o d el  o n   r ea d eliv er y   n et w o r k   f o r   in te r n et  s er v ice  p r o v id er   in   J ap an   ca lled   " B   B it - J ap an "   w it h   s u b j ec t o   d elay   an d   s to r ag an d /o r   tr an s m i s s io n   co s t c o n s tr ai n ts .     On   t h o th er   s id e,   Ald an Di az   an d   Hu h   [ 42 ]   ar g u t h at  a llo ca tin g   th e   I P T r eso u r ce s   in cl u d in g   s to r ag a n d   b an d w id t h   r eq u ir es  cr ea ti n g   co s t   f u n ctio n   b ased   o n   co n te n ts   m a n a g e m en t   an d   d i s tr ib u tio n .   T h ey   p r o p o s ed   th r ee   co s t - b ased   p o licies,  p ar ticu lar l y ,   lo ca h o s ti n g ,   ex ter n al  h o s ti n g ,   an d   p ar tial  h o s tin g   p o licies  f o r   3 r d   p ar ty   co n te n s er v ice   o n   d i s tr ib u ted   ar ch itect u r e.   I n   t h eir   d etailed   co s f u n ctio n ,   t h e y   co n s id er ed   th s to r ag a n d   b an d w id th   r eq u ir e m e n ts   th a m a in tai n   t h lea s le v el  o f   Ser v ic L e v el  Ag r ee m en t   ( SLA ) .   T h r esu lts   o f   th e m   s h o w ed   th at  p ar tial  h o s tin g   o f   co n ten ts   is   t h m o s s u itab le   tech n iq u w h er ei n   s o m o f   th co n te n t s   ar h o s ted   lo ca lly   w h ile  th o th er s   ca n   b r eq u ested   u p o n   th d em an d .   S u ch   p ar tial   h o s ti n g   m a y   m a in tai n   t h tr ad e - o f f   b et w ee n   t h s to r a g co s an d   b an d w id t h   co s t.  Ho w ev er ,   th is   w o r k   lac k s   f o r   r ea co n s tr ain t s   o n   w h ic h   co n ten ts   s h o u ld   b h o s ted ,   an d ,   w h ic h   co n ten t s   s h o u ld   b r eq u ested   u p o n   d em a n d .   L a n d   W u   [ 12 ]   p r o p o s ed   h eu r is t ic  al g o r ith m   t h at  f i n d s   t h o p ti m al  n u m b er   o f   p o p u lar   co n ten ts   an d   t h o p ti m al  n u m b er   o f   s e r v er s   to   s to r t h ese  co n te n ts .   T h eir   m o d el  i g n o r es  th e   co n te n ts r ep licatio n   an d   th lo ad   b alan cin g .   R ep licati n g   t h co n te n ts   ac co r d i n g   to   th eir   s ta tu s   h elp s   t h s er v ice  p r o v id er   to   d e cid o n   t h r eq u ir ed   r eso u r ce s   to   allo ca te.   T h u s ,   c o n s id er in g   t h co n te n s tat u s   i s   an   i m p o r tan p o in to   ac h iev o p tim a r eso u r ce   allo ca tio n   s c h e m d ep en d in g   o n   th r ep lica  p lace m en t.  T h e r ef o r e,   in   t h is   p ap er ,   th co n t en t - a w ar r eso u r ce   allo ca tio n   m o d el  is   p r o p o s ed   a i m i n g   at  i n v est ig ati n g   th i m p ac t o f   co n ten t stat u s   o n   r eso u r ce   allo ca tio n .       3.   CARA M   F RA M E WO K   I n   tr ad itio n al  d eli v er y   n e t w o r k s ,   a s   C DN,   t h s er v ice  p r o v i d er   h as  to   allo ca te  th e   co n te n t s   ac co r d in g   to   lo n g - ter m   s er v ice  co n tr ac w it h   ce r tai n   co m m i t m e n t.  T h is   p r ici n g   s c h e m h i n d er s   t h e   s er v ice  p r o v id er   to   co p w it h   th e   s u d d en   w o r k lo ad   at  t h p ea k   b u s y   ti m es.   O n   t h o t h er   s id e,   th is   s c h e m e   lead s   to   w aste   th e   r eso u r ce s   d u to   th lo w   u tili z at io n   at  th n o n -   p ea k   b u s y   ti m es.  Fo r   th a t,  p a y - as - y o u - g o   s ch e m is   s u g g e s ted   b y   t h d eliv er y   n et w o r k   p r o v id er s .   Am az o n   C lo u d Fro n is   g lo b al  ex a m p le  f o r   p ay - as - y o u - g o   s c h e m e;  in   w h ic h ,   t h s er v ice   p r o v id er   h as  to   p a y   f o r   t h u s ed   r eso u r c es  o n l y   w it h o u t   an y   u p f r o n t,  co m m i t,  o r   s er v ice   co n tr ac t.  P ar ticu lar l y ,   t h s er v ice  p r o v id er   h as  to   co n tr o t h e   r eso u r ce s   allo ca tio n   ac co r d in g   to   t h d e m a n d   to   m i n i m ize  th h o s ti n g   co s t [ 10 ]   w it h o u t a f f ec ti n g   t h u s er   s ati s f ac tio n .     T h er ef o r e,   th ai m   o f   C o n te n t - Aw ar R eso u r ce   Allo ca tio n   Mo d el  ( C AR A M)   i s   to   d ec i d o n   th e   r eso u r ce s   a m o u n an d   th co n ten r ep licatio n   s ch e m ac co r d in g   to   th d e m a n d   s o   as  to   a ch iev m in i m u m   co s s u b j ec to   g i v e n   co n s tr ain ts .   T h co s t,  h er e,   is   e x p r ess ed   in   ter m s   o f   th a m o u n t   o f   p a y m e n to   t h e   n et w o r k   p r o v id er   to   h o s t t h c o n ten t s .   T h u s ,   allo ca ti n g   t h s t o r ag an d   b an d w id th   r e s o u r ce s   ca n   b p er f o r m ed   in   co n j u n ctio n   w i th   r ep lica  p lace m e n t.  T h m ai n   ad v a n ta g o f   co m b i n i n g   r ep lica  p lace m en a n d   r eso u r ce   allo ca tio n   in   o n j o in p r o b le m   is   t h at  th r eso u r ce s   w ill  b u tili ze d   ef f icie n tl y   a n d   as  n ec ess ar y   [ 10 ] .   On ce   th ese  r eso u r ce s   b ec o m n o   lo n g er   r eq u ir ed ,   th ey   w il b r ele ased   to   b e   av ailab le  f o r   o th er   u s er s   w h o   r eq u ir it   o r   ab le  to   p ay   f o r   it.      C o n te n t - A w ar R e s o u r ce   A l l o ca tio n   p r o b lem   f o c u s es   o n   d eter m i n in g   t h s er v er   lo ca tio n s   i n   ea c h   s er v ice  ar ea ,   alo n g   w it h ,   th e   p r o ce s s in g   p o w er ,   s to r ag s p ac e,   an d   b an d w id t h   ca p ac ity   at  ea c h   lo ca tio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o n ten t - a w a r r eso u r ce   a llo ca tio n   mo d el  f o r   I P TV  d elive r n etw o r ks  ( S u lima n   M.  F a ti )   373   T o   ac h iev an   o p ti m al   s o lu ti o n   f o r   t h i s   p r o b le m ,   t h s er v i ce   p r o v id er   h as  to   o b tai n   t h s ize  a n d   p o p u lar it y   di s tr ib u tio n s   o f   co n ten ts   i n   ea ch   s er v ice  ar ea .   C o n s eq u en t l y ,   t h r ep licatio n   d e g r ee ,   th p o p u lar it y   d is tr ib u tio n ,   a n d   t h e x p ec ted   lo ad   o f   co n te n t s   alo n g   w i th   th eir   r eq u ir e m en i n   ter m s   o f   p r o ce s s in g   p o w er ,   s to r ag e,   a n d   b an d w id th   m u s b esti m ated   clea r l y .   R ep licat in g   t h co n ten t s   ac co r d in g   to   th eir   r eq u ir e m e n t   h elp s   th s er v ice  p r o v id er   to   d ec id th r eq u ir ed   r eso u r ce s   to   allo ca te.   T h u s ,   th i s   in ter d ep en d en c y   e m p h a s ize s   th n ee d   to   ad d r ess   r eso u r ce s   allo ca tio n   an d   r ep lica  p lace m e n t j o in tl y .   C o n te n t - a w ar R es o u r ce   All o ca tio n   as  a n   o p ti m izatio n   p r o ce s s   s h o u ld   ta k i n to   ac co u n t   th e   av ailab le  r eso u r ce s   a n d   th eir   c o s t,  as  w e ll a s ,   th co n ten ts   an d   th eir   ch ar ac ter is tic s   as  f o llo w s .     a.   Av ailab le  r eso u r ce s I n   t h co n tex o f   s h ar ed   h o s ti n g   en v ir o n m e n t,  ea ch   r eso u r ce   p r o v id er   ad v er tis es  “f o r   h ir e”   r eso u r ce s   w it h   i n f o r m a tio n   o f   r eso u r ce   t y p e,   lo ca tio n ,   an d   co s t.  T h p r o ce s s in g   p o w er ,   s to r ag e   s p ac e,   an d   b an d w id th   ca p ac it y   o f   s er v er s   ar al s o   p r o v id ed .   I n   s u ch   e n v ir o n m en t,  th s er v i ce   p r o v id er   ca n   ch o o s d if f er en t r eso u r ce s ,   w h ich   b elo n g   to   d i f f er e n t r eso u r c es p r o v id er s .     b.   C o n te n ts   r eq u ir e m en t:   ea c h   v id eo   in   I P T s y s te m s   r eq u ir es  s to r ag s p ac e,   p r o ce s s in g   p o w er ,   a n d   b an d w id t h   ca p ac it y   p r o p o r tio n al  to   its   p o p u lar i t y .   T h u s ,   r ep licatin g   t h co n te n ts   ac c o r d in g   to   th eir   p o p u lar it y   d is tr ib u tio n   g iv e s   th o p tim a r ep licatio n   s ch e m e,   w h ic h   in   t u r n   o p ti m iz es  th r eso u r ce   allo ca tio n   p r o ce s s .     T h in f o r m at io n   ab o u t h av ailab le  r eso u r ce s ,   as  w e ll  as ,   th r eq u ir e m e n ts   i s   g a t h er e d   f r o m   th e   r eso u r ce   p r o v id er s   an d   s er v i ce   p r o v id er s   r esp ec tiv el y .   T h s er v ice   p r o v id er   is   r esp o n s ib le  f o r   d o in g   t h e   allo ca tio n   p r o ce s s   b ased   o n   t h r eq u ir e m e n ts .   Up o n   co m p l etio n   th allo ca tio n   p r o ce s s ,   th s er v ice  p r o v id er   s en d s   t h p r o ce s s   r esu lts   to   t h r eso u r ce   p r o v id er   to   cr ea te  t h to p o lo g y .   I n   ca s o f   th e x is ten ce   o f   r eso u r ce   b r o k er ,   th r eso u r ce   b r o k er   c an   co m p lete  th w h o le  p r o ce s s   ac co r d in g   to   th g i v en   i n f o r m at io n   f r o m   b o t h   p ar ties .   T h f lo w   o f   C o n te n t - Aw ar R eso u r ce   A llo ca tio n   M o d el  ( C A R AM )   is   d ep icted   in   Fig u r 1 .           Fig u r 1 .   C A R A f r a m e w o r k       As  d ep icted   in   Fi g u r 1 ,   in   C A R AM   m o d el,   t h i n f o r m atio n   o n   b o th   t h co n te n t   p o p u lar it y   d is tr ib u tio n   a n d   t h d e m a n d   o f   ea ch   v id eo   ar g at h er ed   f r o m   th e   s er v ice  p r o v id er .   T h is   in f o r m atio n   o n   t h e   r eso u r ce s   f r o m   ea c h   p h y s ical  n et w o r k   i s   p r o v id ed   b y   t h r e s o u r ce s   p r o v id er s .   T h en ,   t h d esire d   o p ti m izatio n   to o is   e m p lo y ed   to   co m p u te   th o p ti m al  to p o lo g y   i n clu d in g   t h r ep licatio n   p atter n .   L astl y ,   t h r esu ltan to p o lo g y   i s   p ass ed   to   th r eso u r ce s   p r o v id er s   o r   th r eso u r ce   b r o k er   to   cr ea te  th d eliv er y   n et w o r k .       4.   CO NT E NT - AW ARE R E SO URCE A L L O C AT I O P RO B L E M   F O R M UL AT I O N   C o n te n t - a w ar R e s o u r ce   A l lo ca tio n   p r o b le m   o v er   t h p ee r - s er v ice  ar ea   ar ch itect u r ca n   b m o d eled   as  s et  o f   in ter - co n n ec ted   s er v ice  ar ea s .   E ac h   s er v ice  ar ea   co n tain s   s et  o f   s er v er s ,   w h i ch   ca n   b p h y s ical   s er v er s   o r   v ir tu a s er v er s .   E a ch   s er v er   is   e x p r ess ed   b y   its   p r o ce s s in g   p o w er ,   s to r ag s p ac e,   an d   b an d w id th   ca p ac it y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 9   :    3 6 9   -   385   374   T h is   p ap er   c o n s id er s   d eliv er y   n e t w o r k   co m p r is i n g   o f   A   i n ter co n n ec ted   s er v ice  a r ea s   w it h      p o ten tial  lo ca tio n s   in   ea c h   s e r v ice  ar ea .   E ac h   p o ten tial  lo c atio n   is   w it h   k n o w n   s to r ag c ap ac it y    p r o ce s s in g   p o w er      ,   b an d w id t h      ,   an d   L o ad   ca p ac ity      .   Mo r eo v er ,   ea ch   p o ten tial  lo ca tio n   ad v e r tis es  t h co s o f   s to r ag u n i   ,   b an d w id th   u n it    ,   an d   C PU  co n s u m p tio n   u n it   .   L et  th er e   b a   s et  o f   Vid eo   co n ten ts   N.   T h s ize  o f   ea ch   o b j ec is   d en o ted   b y     an d   m ea s u r ed   in   Me g ab y tes  ( MB ) .   E ac h   o b j ec i   is   ass o ciate d   w it h   its   p r o ce s s i n g   p o w er   ,   b an d w id t h   ,   ex p ec ted   lo ad   ,   an d   p o p u lar ity   v al u   p i [ 0 , 1 ] E ac h   o b j ec h as  p o s s ib il it y   t o   b r ep licated   am o n g   th e   s er v ice  ar ea   o r   r eq u ested   f r o m   a n o th er   s er v ice  ar ea   b ased   o n   its   p o p u lar it y   a n d   th tr ad e - o f f   b et w ee n   t h h o s ti n g   co s an d   r ed ir ec tio n   co s t.  I n   th co s esti m at io n   s tag o f   C o n te n t - Aw ar R e s o u r ce   Allo ca tio n   Mo d el  ( C A R A M) ,   it  is   n ec es s ar y   to   d is ti n g u i s h   b et w ee n   t w o   ter m s   s er v er   in i tiatio n   co s t ( )   an d   r ep licatio n   p atter n   co s t ( ).     4 . 1 .     Serv er   ini t ia t io n c o s t   ( )   I n   C AR A M,   th e   s er v ice  p r o v id er   h a s   t h ab ilit y   to   leas th r e s o u r ce s   f r o m   d if f er e n p h y s ical   n et w o r k   p r o v id er s .   E ac h   p h y s ical  n e t w o r k   p r o v id er   h a s   o w n   p r icin g   p la n   f o r   lea s in g   t h r eso u r ce s .   T h e   p r icin g   p lan   i n cl u d es  th co s o f   co n f i g u r in g   t h s er v er   at  th e   f ir s ti m e,   d ep lo y i n g   s o f t w ar e,   an d   m ain ta in i n g   th s er v er s   i n clu d i n g   th b ac k u p   an d   s ec u r it y   [ 40 ] .   Fo r   in s t an ce ,   in   t h v ir tu a n et w o r k s ,   th leasi n g   co s C L   f o r   th v ir t u al  n e t w o r k   i s   t h co s o f   i n itiati n g   a n d   d ep lo y i n g   t h ca n d id ate  lo ca tio n s ,   w h i ch   a r s elec ted   as   v ir tu a s er v er   in   a ll  s er v ice  ar ea s ,   as  in   ( 1 ) .   T h c o s r ep r esen ts   th leasi n g   co s o f   s er v er   j   in   th s er v ice   ar ea   a.     =   = 1 = 1   ( 1 )     Fu r t h er m o r e,   aj   is   b in ar y   i n d icato r   to   in d icate   w h et h er   th p o ten tial lo ca tio n   is   s elec ted    = 1   o r   n o t    = 1 .   T o   f ac ilit ate  th co m m u n icatio n   a m o n g   th s er v ice  ar ea s ,   th s er v ice  ar ea s   ar co n n ec ted   v ia   in ter - s er v ice  ar ea s   li n k s .   T h ese  lin k s   e n ab le  t h d is p atch e r   in   an y   s er v ice  ar ea   to   r ed ir ec th r eq u est s   tar g eti n g   t h u n a v ailab le  co n t en ts   to   o th er   s er v ice  ar ea s .   T h co s o f   t h ese  lin k s   ca n   b e   o b tain ed   f r o m   t h r ed ir ec tio n   p r o ce s s   in   th r ep li ca tio n   p atter n   as  w il l b ex p lai n ed   in   t h n e x t s u b - s ec tio n .     4 . 2 .     R eplica t io pa t t er n c o s t   (   T h co n ten ts   r ep licatio n   r ep r e s en t s   ch alle n g i n   C AR A M.   I n   th i s   s tep ,   th co n ten r ep licatio n   co s t   m u s b en v is a g ed .   T h r ep lica  p lace m en p r o b le m   s h o u ld   b ex ten d ed   to   in cl u d th co s o f   o th er   r eso u r ce s .   T h r eso u r ce s   c o s i n cl u d es  t h co s o f   s to r ag e,   p r o ce s s i n g   p o w er ,   a n d   b an d w id th   f o r   h o s ti n g   th e   p o p u lar   co n ten t s .   B esid es,  th co s o f   co n ten ts   r ed ir ec tio n   is   in cl u d ed .   R ed ir ec tio n   co s d eter m i n es  th co s o f   r eq u esti n g   u n p o p u lar   co n te n t   f r o m   o th er   s er v ice  ar ea s   i n   ca s e   o f   n o r ep licatin g   it  d u to   th r eso u r ce s   li m ita tio n s .   T h f o llo w i n g   eq u atio n   ex p lai n s   t h r ep licatio n   p atter n   co s t b ased   o n   th ab o v illu s tr atio n .     =   ( + + ) +  ( 1 )        ( 2 )     T h f ir s p ar o f   ( 2 )   d e p icts   th h o s ti n g   co s o f   co n ten ts   i n s i d th s er v ice  ar ea   in cl u d in g   t h s to r ag e   co s t   m i S j ,   th p r o ce s s in g   p o w er   co n s u m p t io n   co s t   c i δ ,   an d   th b an d w id t h   co s t   b i β j .   On   th o th er   h an d ,   th e   s ec o n d   p ar s h o w s   t h tr a n s m is s io n   co s o f   t h s tr ea m s   th a h av to   b r ed ir ec ted   f o r   n o n - e x i s ten co n te n t s   in s id t h s er v ice  ar ea .   T o   e s ti m ate  t h tr an s m is s io n   co s t ,   th n u m b er   o f   s tr ea m s   is   c alcu lated   f ir s tl y   b y   d iv id in g   th s iz o f   r ed ir ec ted   o b j ec   b y   th b it  r ate   .   Nex t,  th b an d w id th   u n it  co s o f   th s e r v ice  ar ea     is   p r o v id ed   an d   m u ltip lied   b y   th n u m b er   o f   s tr ea m s   f o r   r ed ir ec ted   o b j ec ts   to   ca lcu late  th r ed ir ec tio n   co s t.  T h in cl u s io n   o f   p o p u lar it y   v al u   o f   r ed ir ec ted   o b j ec in   t h s ec o n d   p ar o f   th is   eq u a tio n   i s   i m p o r ta n t   to   co n tr o w h ic h   co n ten t s   s h o u ld   b r ed i r ec ted .   On ly   t h lo w   p o p u lar   co n ten t s   ca n   b r ed ir ec ted   d u to   th eir   lo w   r ed ir ec tio n   co s t.    Up o n   co m p letio n   o f   C AR A M   p r o ce s s ,   th e   o p ti m al   to p o lo g y   ca n   b e   id en ti f ied   t h r o u g h   t h f o llo w in g   co m p o n e n t s :   1.   Ser v er s   an d   R e s o u r ce s   A   s er v er   is   d ef i n ed   th r o u g h   it s   lo ca tio n ,   th allo ca ted   co m p u tatio n   p o w er ,   s to r ag e   s p ac an d   b an d w id th .   T h s e r v er s   b an d w id t h   is   allo ca ted   f o r   d eliv er in g   t h co n ten ts   t o   th en d - u s er s .   T h u s ,   it  is   d i m en s io n ed   b ased   o n   th a g g r e g ated   a m o u n o f   r eq u ests   tar g e tin g   t h co n te n ts   s to r ed   in   t h is   s er v er .     2.   R ep licatio n   P atter n -   T h co n ten ts   ar r ep licated   ac co r d in g   to   th eir   p o p u lar ity   a n d   ex p ec t ed   lo ad   s u ch   as   th p o p u lar   co n ten t s   ca n   b e   r ep licated   in   th s er v ice  ar ea   w h ile,   t h lo w   p o p u lar   c o n ten t s   ca n   b e   r ed ir ec te d   to   th o th er   s er v ice  ar ea .   Fo r   th at,   th r ep licatio n   p atter n   d eter m i n es  t h r ep licat ed   co n ten ts ,   t h e   r ep licatio n   d eg r ee ,   an d   th r ed ir ec ted   co n ten ts ,   as  w e ll.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o n ten t - a w a r r eso u r ce   a llo ca tio n   mo d el  f o r   I P TV  d elive r n etw o r ks  ( S u lima n   M.  F a ti )   375   4 . 3 .     Dec is io n v a ria bles   I n   f ac t,  t h er ar t w o   b i n ar y   d ec is io n   v ar iab les  ar i n tr o d u ce d   to   f o r m u late  th co n ten t - a w ar r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b lem .   T h f ir s b in ar y   v ar iab le     is   e m p lo y ed   to   d ec id w h ic h   p o ten tial  lo ca tio n   m u s t b b elo n g ed   w it h i n   th o p ti m al  to p o lo g y   w h ile,   t h s ec o n d   o n   j to   g o v er n   th r ep licatio n   p atter n .      = { 1                                                0                                                                                                                                                                       ( 3 )     = { 1                                              0                                                                                                                                                                                                   ( 4 )     I n   f ac t,  t h t w o   b in ar y   d ec is io n   v ar iab les  ar r elate d   to   ea ch   o t h er   an d   af f ec t ed   b y   e ac h   o t h er .   Fo r   in s ta n ce ,   t h ese   t w o   v ar ia b les  d eter m i n t h p o ten tia l o ca tio n s   t h at  s h o u ld   b s elec t ed   ac co r d in g   to   t h e   m i n i m u m   co s o f   t h r ep licatio n   s ch e m e,   at  th s a m ti m e;  t h e y   d ec id w h et h er   th co n te n ts   ca n   b r ep licated   in   p o ten ti al  lo ca tio n   o r   n o t .   Su ch   r elatio n   s u p p o r ts   th ar g u m e n th at  t h n e t w o r k   t o p o lo g y ,   r eso u r ce s   d i m en s io n i n g ,   an d   co n ten r ep licatio n   s h o u ld   b co n d u cted   m u t u all y   d u to   th m u t u al  i n ter ac tio n   b et w ee n   th e m .     4 . 4 .     T he  pro po s e d o pti m iza t io n m o de l   T h r eso u r ce s   allo ca tio n   p r o b le m   as   co n s tr ain ed   b i n ar y   o p ti m izatio n   m o d el  ca n   b f o r m u lated   m at h e m a t icall y   as e x p lai n ed   i n   (5 - 1 1 ) .   Min i m ize:   =   +     ( 5 )     Su b j ec t to                                       ,   ( 6 )                                         ,   ( 7 )                   ,       ( 8 )                  ,       ( 9 )                           ,        ( 1 0 )     =                     ,        ( 1 1 )     [ 0 , 1 ]                 ,  ,   ( 1 2 )      [ 0 , 1 ]                  ,   ( 1 3 )     = 0                                ( 1 4 )                        ,     ( 1 5 )      =  = 1   ( 1 6 )     I n   th is   m o d el,   th co s f u n ctio n   is   illu s tr ated   in   ( 5 )   as  th s u m   o f   s er v er   in i tiatio n   co s an d   r ep licatio n   co s t.  C o n s tr ai n ts   ( 6 9 )   en f o r ce   th ca p ac ity   o f   s er v er s   in   ter m s   o f   s to r ag e,   p r o ce s s in g   p o w er ,   b an d w id t h ,   an d   w o r k lo ad ,   r esp e cti v el y .   T h es co n s tr ai n ts   ( 6 9 )   s tate  t h at  th to tal  s to r ag e   s p ac e,   p r o ce s s in g   p o w er ,   b an d w id t h ,   an d   w o r k lo ad   o f   all  co n ten ts   r ep licated   at  s er v er   j   s h o u ld   n o ex ce ed   th is   s er v er   ca p ac it y .   T h n u m b er   o f   co p ies  f o r   co n ten in s id s er v ice  ar ea   h as  to   b less   t h a n   o r   eq u al  n u m b er   o f   s elec ted   p o ten tial  s er v er s   P   in   th at   s er v ice  ar ea   as  d ep icted   i n   eq u a tio n   ( 1 0 ) .   I n   ad d itio n ,   th n u m b er   o f   co p ies  f o r   co n ten s h o u ld   b b o u n d ed   b y   i ts   p o p u lar it y   v alu   as  d ep i cted   in   eq u atio n   ( 1 1 ) .   T h in teg r alit y   a n d   n o n - n eg a t iv i t y   co n s tr ain t s   ar p r es en ted   i n   eq u a tio n s   ( 1 2 - 1 4 ) .   T h co n te n ts   s h o u ld   n o b r ep li ca ted   o n   p o te n tial   s er v er   u n le s s   t h i s   p o ten tial  lo ca tio n   is   s elec ted   as  s er v er   ac co r d in g   to   eq u atio n   ( 1 5 ) .   I n   o th er   w o r d s ,   t h e   co n ten t s   w ill  n o r ep licate  o n   s ite  j   u n les s   th is   s i te  is   s e lect ed   as  s er v er .   Fin all y ,   t h n u m b er   o f   s er v er s   t h at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 9   :    3 6 9   -   385   376   s h o u ld   b s elec ted   i n   a n y   s er v ice  ar ea   s h o u ld   b b o u n d ed   b y   p r e d ef i n ed   n u m b er   P   as   in   ( 1 6 )   w h er P   is   p r ed ef in ed   n u m b er   o f   lo ca tio n s   in   t h s er v ice  ar ea .     4 . 5 .     T he  co m ple x it y   o f   t he  pro po s ed  o pti m iza t io m o del   T h p r o p o s ed   o p tim iza tio n   m o d el  f o r   C o n te n t - Aw ar e   R eso u r ce   A llo ca tio n   p r o b le m   is   a   co m b i n ato r ial  o p ti m izatio n   p r o b lem   a n d   b elo n g s   to   NP - co m p lete  clas s .   W ca n   p r o v t h co m p lete n es s   o f   th is   p r o b le m   b y   co n s id er i n g   t h w h o le  n et w o r k   co n s is ts   o f   s in g le  s er v ice  ar ea   w ith   s i n g le  s er v er ,   w h ich   allo ca tes  all  t h o b j ec ts .   Mo r eo v er ,   w as s u m th at  t h r es o u r ce s   co s t,  ex ce p t h s to r ag co s t,  eq u als  ze r o .   A cc o r d in g   to   th ese  a s s u m p t io n s ,   t h p r o p o s ed   o p tim iza tio n   p r o b l em   w ill b w r itte n   m at h e m atica ll y   as .   Min i m ize:     =   ( 1 7 )     Su b j ec t to                                          ,   ( 1 8 )     T h s i m p li f ied   f o r m   o f   th is   p r o b lem   is   s i m ilar   to   th e   w ell - k n o w n   k n ap s ac k   p r o b lem ,   wh ich   is   a n   NP - co m p let p r o b lem   [ 4 0 ] .   Fo r   clar ity ,   th k n ap s ac k   p r o b le m   tr ies  to   m i n i m ize/ m a x i m iz ce r tain   q u an tit y   w it h   r esp ec to   s o m e   co n s tr ai n ts .   Fo r   i n s ta n ce ,   t h k n ap s ac k   p r o b le m   ai m s   at   m a x i m izi n g   t h o b tai n ed   p r o f it   o r   m i n i m izi n g   th co s w i th o u t e x ce ed in g   t h k n ap s ac k   ca p a cit y .   Si m ilar l y ,   C AR A   p r o b lem   ai m s   to   m in i m ize   th allo ca tio n   co s w i th   r esp ec t to   s o m en f o r ce d   co n s tr ain t s .       5.   H YB RID G E NE T I AL G O RIT H M   F O SO L VIN G   C ARA  P RO B L E M   ( H G A_ CARA )   T h er is   n o   alg o r ith m   w it h   p o ly n o m ia ti m co m p le x it y   c an   s o lv t h NP - co m p lete  co m b in ato r ial   o p tim izatio n   p r o b le m s .   On   th e   o th er   s id e,   ap p l y i n g   th e   ev o l u tio n ar y   al g o r ith m s   is   g o o d   c h o ice  to   s o l v s u ch   p r o b lem s .   T h u s ,   w i n te g r ate   th Ge n etic  Alg o r it h m   w it h   t w o   h eu r i s tic  r ep air   alg o r it h m s   to   s o lv C AR A   p r o b lem .   S u ch   in te g r atio n   r ed u ce s   t h s ea r c h   s p ac an d   i m p r o v es  t h ab ilit y   o f   t h p r o p o s ed   m o d el  to   p r o d u ce   o p tim al  s o l u tio n s   ef f i cien tl y .       5 . 1 .     H euristic  re pa ir  a lg o rit h m s   T h p r o b lem   o f   p r o d u cin g   i n f ea s ib le  ch r o m o s o m ca n   b s o lv ed   b y   i n co r p o r atin g   p r o b lem - s p ec i f ic   k n o w led g e.   Fo r   C AR A   p r o b le m ,   w h a v p r o p o s ed   tw o   h eu r is tic  r ep air   m et h o d s .   T h f ir s o n e,   ca lled   R estricte d   Sear ch   Op er ato r   ( R SO) ,   is   to   ch o o s a   ce r tain   n u m b er   o f   s er v er s   i n   ea ch   s er v ic a r ea   b ased   o n   t h e   co n s tr ain 1 6 .   T h s ec o n d   o n e,   ca lled   Heu r is tic  R ep lica  R ep air   ( HR R )   alg o r ith m   is   p r o p o s ed   to   c o n tr o th e   r ep lica  p lace m e n t c o n s tr ain t s .     5 . 2 .     Rest rict ed  s ea rc h o pera t o ( RSO )   I n   m a n y   co m b i n ato r ial  o p ti m i za tio n   p r o b lem s ,   t h er is   n e ed   to   d ea l   w it h   ch r o m o s o m es  th at  h o ld   a   s p ec if ied   n u m b er   o f   o n es;   f o r   ex a m p le  t h p r o b le m   o f   s ele ctin g   a   s u b s et  o f   ca n d id ate  lo ca tio n s   to   f in d   th e   o p tim a s o l u tio n ,   as  in   C AR p r o b lem .   I n   t h i s   ca s e,   th e   in d i v id u al s ,   w h ic h   h av e   m o r o r   less   t h a n   t h e   s p ec if ied   n u m b er   o f   o n es,  w il b r ej ec ted .   T h u s ,   R e s tr icted   Sear ch   Op er ato r   ( R SO)   is   p r o p o s ed   to   d ea w ith   th is   co n s tr ain t.   A cc o r d in g   to   [ 4 3 ] ,   R SO  w as   f ir s tl y   p r o p o s ed   b y   Salced o - San z   in   2 0 0 4 n ex it   is   co n s id er ed   an   ex tr o p er ato r   ad d ed   to   t h co n v en tio n al  G A .   T h id e o f   R S is   t h at  t h i n d iv i d u al  g en er ated   f r o m   cr o s s o v er   an d   m u tatio n   o p er ato r s     m a y   h o ld     o n es.  T h e s o n es   m a y   b d i f f er e n f r o m   t h d esire d   n u m b er   ,   th u s ,   i f     <     th R SO  ad d s     o n es  in   r an d o m l y   c h o s e n   p o s itio n s .   O n   th o t h er   s id e,   if     >     th R SO  s elec t s     o n e s   r an d o m l y   to   b r em o v ed   f r o m   t h b in ar y   v ec to r .   T h f o llo w in g   P s eu d o - co d d escr ib es th R e s tr icted   Sear ch   Op er ato r .           Fig u r 2 .   R estricte d   s ea r ch   o p er ato r   [ 4 2 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o n ten t - a w a r r eso u r ce   a llo ca tio n   mo d el  f o r   I P TV  d elive r n etw o r ks  ( S u lima n   M.  F a ti )   377   I n   C AR p r o b lem ,   t h r e s tr ic ted   s ea r ch   al g o r ith m   is   ad ap te d   to   ch o o s ce r tai n   n u m b er   o f   s er v er s   w h er ea c h   s er v er   i s   r ep r esen ted   as  a   s tr i n g   o f   b in ar y   v al u es  i n s tead   o f   a   s et   o f   g e n es.   I n   o t h er   w o r d s ,   t h e   r estricte d   s ea r ch   o p er ato r   in   th r eso u r ce   allo ca tio n   ca s w i ll   w o r k   o n   s et  o f   b u l k s   i n s tea d   o f   s et  o f   g en e s ;   ea ch   b u l k   i n   th is   ca s co n s i s t s   o f   s et  o f   s eq u en tia g e n es .   A s   w ill  b ex p lai n ed   th r o u g h   th is   p ap er ,   ea ch   p o ten tial  lo ca tio n     in   t h s er v i ce   ar ea     co n s is t s   o f   s et  o f   s e q u en tial   g e n es  s tar ti n g   f r o m   t h g e n n u m b er   ( ( 1 )  + ( 1 ) ) + 1   an d   en d i n g   w it h   t h g e n n u m b er   ( ( 1 )  + ( 1 ) ) + .     T h r estricte d   s ea r ch   o p er at o r   r ep r esen ts   th co n s tr ain 1 6   as  f o llo w s d ep en d in g   o n   th p r ed ef in ed   n u m b er   o f   lo ca tio n s   ,   th r estricte d   s ea r ch   o p er ato r   w ill   ch o o s r a n d o m l y   P   b u l k s   in   ea c h   s er v ice  ar ea   to   b e   u n c h a n g ea b le.   A f ter   th at,   th r est  b u lk s   i n   th s er v ice  ar ea   w il b ch an g to   ze r o .   T h u s ,   if   th v al u o f   all   ce lls   f o r   an y   lo ca tio n   eq u al  ze r o ,   th is   lo ca tio n   w ill  n o b s e lecte d   to   b s er v e r .   A f ter   ap p ly in g   t h r estricte d   s ea r ch   o p er ato r   ( R SO) ,   w h ic h   d eter m in e s   t h n u m b er   o f   s elec ted   s er v er s ,   HR R   al g o r ith m   c h ec k s   ea c h   ch r o m o s o m b y   co u n ti n g   th n u m b er   o f   r ep licas  f o r   ea ch   v i d eo   in   th s elec ted   s er v er s   th a ar p r o d u ce d   f r o m   R SO p r o ce s s .     5 . 3 .   H y brid  g enet ic  a lg o rit h m   f o CARA   pro ble m   ( H G A_ CA RA)   T o   s o lv C A R p r o b lem ,   t h g en e tic  al g o r ith m   i s   h y b r id ized   w it h   t w o   r ep air   al g o r ith m s .   I n   t h i s   h y b r id   m o d el,   t h o b j ec tiv f u n ctio n   i s   to   m in i m ize  th h o s ti n g   co s ( i.e .   eq u atio n   5 )   w it h   r esp ec to   th li s ted   co n s tr ain ts .     I n   C AR p r o b le m ,   t h er ar s et   o f   ca n d id ate  lo ca tio n s   t o   co n s tr u c s er v er s   in   ea c h   s e r v ice  ar ea .   T h ai m   i s   to   s elec s u b s et   o f   t h ese   lo ca tio n s   to   r ep licate  th e   co n te n ts   o v er   t h e m   b ased   o n   p r ed ef i n ed   cr iter ia.   Fo r   th is   p r o b le m ,   t h b in ar y   e n co d in g   f o r   t h c h r o m o s o m es i s   e x p lo ited .   I n   s u ch   b in ar y   e n co d in g ,   t h e   ch r o m o s o m e   is   r ep r ese n ted   as  s tr i n g   o f   o n e s   a n d   ze r o s .   T h is   b in ar y   s tr in g   r ep r es en ts   th ca n d id ate   s o lu tio n s ,   in   w h ic h   ea ch   ce ll   in d icate s   f o r   th r ep lica  p o s itio n   in   t h s er v ice  ar ea .   T h to tal  len g t h   o f   t h e   ch r o m o s o m i s   A PL a N   w h er A   r ep r e s en t s   th n u m b er   o f   s er v ice  a r ea s ,   PL a   in d icate s   to   th n u m b er   o f   ca n d id ate  lo ca tio n s   i n   th s er v ice  ar ea ,   an d   N   d en o tes th n u m b er   o f   co n ten ts .     Fo r   in s tan ce ,   i f   t h d eli v er y   n et w o r k   co m p r is in g   o f   2   s er v ic ar ea s   w i th   t w o   p o ten tial  lo ca tio n s   f o r   ea ch   an d   th n u m b er   o f   co n t en ts   eq u al s   to   5 ,   th en   th to t al  len g t h   o f   c h r o m o s o m eq u als  to   2 0   g en es,  as  d ep icted   in   Fi g u r 3 .   E ac h   ce l in   t h c h r o m o s o m h o ld s   b in ar y   v al u x i ja { 0 , 1 }   th at  in d icate s   w h eth er   o r   n o an   o b j ec is   r ep licated   at  th s e r v er   j   in s id t h s er v ice  ar ea   a.   T h p o s itio n   o f   an y   g e n ca n   b id e n ti f ied   acc o r d in g   to   th f o llo w i n g   ( 2 0 ) .      ( ) = ( ( 1 )  + ( 1 ) ) +   ( 2 0 )         Fig u r 3.   C h r o m o s o m r ep r esen tatio n   f o r   C AR A   p r o b lem       Fo r   ex a m p le,   t h g e n 1 3   h o ld s   r ep lica  f o r   th 3 r d   co n ten t i n to   th f ir s s er v er   i n   th s ec o n d   s er v ic e   ar ea     ac co r d in g   to   Fig u r 3 .   W ca n   f i n d   th i s   g e n u s i n g   eq u atio n   ( 2 0 ) .    ( 3 , 1 , 2 ) = ( ( 2 1 ) 2 + ( 1 1 ) ) 5 + 3 = 10 + 3 = 13 T h p o ten tial  lo ca tio n     in   th s er v i ce   ar ea     h o ld s   th g en e s   f r o m   ( ( 1 )  + ( 1 ) ) + 1   to   ( ( 1 )  + ( 1 ) ) + N .   Fo r   in s tan ce ,   if   t h er e   ar 2 0   co n ten t s   to   b r ep licated   o v er   d eliv er y   n et w o r k   w it h   5   s er v ice  ar ea s ,   ea c h   ar ea   co n tain s   4   s er v er s .   T h to tal   len g th   o f   th C AR A   p r o b le m   ch r o m o s o m w ill b 4 * 5 * 2 0   =   4 0 0   g en es.  T h th ir d   s er v er   i n   th s ec o n d   s er v ice  ar ea   w ill b r ep r esen ted   b y   th e   g en e s   f r o m   t h p o s itio n   1 2 1   to   th p o s itio n   1 4 0 .   T h in itial  p o p u latio n   o f   th i s   p r o b lem   is   g en er ated   r an d o m l y   b y   s elec t in g   r an d o m   b i n ar y   n u m b er   f o r   ea ch   g en e   in   th e   ch r o m o s o m e.   Du r i n g   t h ev o l u tio n   p r o ce s s ,   th r o u lette  w h ee s ele ctio n   tec h n iq u is   i m p le m en ted   to   s elec t w o   c h r o m o s o m es  at  ea ch   ti m e.   T h u n if o r m   cr o s s o v er   o p er at o r   w it h   s ta n d ar d   cr o s s o v er   p r o b ab ilit y   is   ap p lie d   o n   th s elec ted   p ai r .   Af ter   t h at,   th r ep r o d u ce d   o f f s p r in g   ar m u tated ,   w i th   a n   ex tr e m e l y   s m all   m u tat io n   p r o b ab ilit y ,   to   e n s u r t h d i v er s i t y   i n   th e   s ea r c h   s p ac e.   Du r i n g   t h r ep r o d u ctio n   p r o ce s s ,   th n e w   o f f s p r in g   m a y   lie  in   th e   r eg io n   o f   u n f ea s ib le  s o l u tio n s t h er ef o r e,   t w o   h e u r is tic  r ep air   alg o r ith m s   ar u s ed   to   r ep air   t h is   o f f s p r in g   to   b o b ey ed   b y   t h p r o p o s ed   co n s tr ain ts   as d ep icted   in   Fi g u r 4 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 9   :    3 6 9   -   385   378       Fig u r 4 .   H y b r id   GA   f o r   C A R A   p r o b le m   ( HG A _ C AR A )       6 .     T H E   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S   T o   ev alu ate  t h p er f o r m an ce   o f   t h p r o p o s ed   co n ten t - a w ar r eso u r ce   allo ca tio n   m o d el  ( C A R AM ) ,   an   ex p er i m e n u s i n g   t h p r o p o s ed   ev o lu tio n ar y   ap p r o ac h   HG A _ C AR A   is   co n d u cted .   Her e,   th n u m er ical   r esu lt s   ar r ep o r ted .   T h ex p er i m en ts   h a v b ee n   co n d u cted   o n   s y s te m   m o d el  o f   4 0   s er v er s   d iv id ed   am o n g   1 0   s e r v ic ar ea s   an d   1 0 0   v id e o   co n ten ts .   T h p r ed ef i n ed   n u m b er   o f   s er v er s   P   eq u als  2 .   T h is   m ea n s   t h at  t h m o d el   h a s   to   ch o o s t w o   p o ten tial  lo ca tio n s   a m o n g   f o u r   lo ca tio n s   to   b ec o m s er v e r s .   T h ese  p o ten tia l   lo ca tio n s   ar ass o ciate d   w it h   t h co s o f   s to r ag e,   p r o c ess i n g   p o w er ,   an d   b an d w id t h   r eso u r c es.    Mo r eo v er ,   th v id eo   co n te n ts   h a v to   b r ep li ca ted   o n   t h s elec ted   s er v er s   i n   ea c h   s er v ice  ar ea   d u r i n g   t h ex p er i m e n t.  I n   t h is   s ec tio n ,   t h e f f ec o f   co n ten s tatu s   o n   th r e s o u r ce   allo ca ti o n   p r o ce s s   is   i n v esti g ated .   T h ef f ec o f   co n te n t   s tatu s   is   s tu d ied   u s i n g   t w o   p o p u lar it y   d i s tr ib u tio n s .     T h ai m   o f   u s i n g   t w o   p o p u lar it y   d is tr ib u tio n s   in   th is   e x p er i m en i s   to   s tu d y   t h i m p ac t   o f   th c h a n g e   in   t h p o p u lar it y   d i s tr ib u tio n s   o n   r eso u r ce   allo ca tio n   p r o ce s s .   T h is   i m p ac t   is   m ea s u r ed   in   ter m s   o f   s to r ag e,   C P co n s u m p tio n ,   b an d w id t h ,   an d   th n u m b er   o f   p o p u lar   co n ten t s .   T h p o p u lar ity   d is tr ib u tio n s   h a v b ee n   s a m p led   u s in g   t w o   d if f er en eq u atio n s .   T h f ir s p o p u lar it y   d is tr ib u t io n   f o llo w s   t h n o r m al  d en s it y   f u n ctio n   [ 1 0 ] .   T h is   p o p u lar it y   d is tr ib u tio n   h as  b ee n   s a m p le d   f o r   1 0 0   c o n ten ts   a n d   d ep icted   in   eq u atio n   ( 2 1 ) .   W r ef er   to   th is   d is tr ib u tio n   b y   th s y m b o l ( DF) .     = ( ( 1 ) ) 2 / 2 ( ( 1 ) ) 2 / 2 = 1   ( 2 1 )     T h o th er   p o p u lar ity   d i s tr ib u ti o n   h as  b ee n   s a m p led   f o r   t h s a m co n te n s ize  ac co r d in g   to   Z ip f s   la d is tr ib u tio n .   L i k th s y m b o k   i n   Z ip f   d is tr ib u tio n ,   t h s y m b o l s   ∆  r ep r esen ts   f o r   t h d eg r ee   o f   s k e w n e s s   i n   th p o p u lar it y   d is tr ib u tio n   ( D F).   T h ex p ec ted   lo a d   o f   co n ten ts   i s   esti m ated   u s in g   th p r o p o s ed   I PT co n ten s tatu s   m o d el  f o r   th t w o   p o p u l ar it y   d is tr ib u t io n s .     Fig u r 5   d ep icts   th t w o   p o p u lar it y   d is tr ib u tio n s   w it h   d if f er en s k e w n e s s   v a lu e s   0 . 0 1 ,   0 . 0 4 ,   an d   0 . 0 8 .   A cc o r d in g   to   th is   f i g u r e,   th cu r v o f   s m all  s k e w n es s   v al u es  ( i.e .   0 . 0 1   an d   0 . 0 4 )   in d icate s   th at  t h co n ten ts   p o p u lar it y   ar d is tr ib u ted   in   an   u n if o r m   m a n n er ,   w h ic h   m ea n s   th a all  co n ten t s   h a v th s a m p o p u lar it y   v alu e.   Ho w e v er ,   th c u r v t en d s   to   b m o r s k e w ed   w h en   th s k e w n e s s   v alu i n cr e a s ed .   No tab ly ,   D d is tr ib u tio n   te n d s   to   b m o r s k e w ed   th a n   Z ip f s   d is tr ib u tio n   in   th f ig u r w h e n   t h s k e w n ess   v al u i n cr ea s ed   ( eq u als  0 . 0 8   as  in   th f i g u r e) .   C o n s eq u en t l y ,   t h n u m b er   o f   p o p u lar   co n ten ts   i n   DF  d i s tr i b u tio n   i s   less   th a n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.