一種云視頻的資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種云視頻的資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，包括建立用于描述頻道分布、用戶帶寬分配、總運(yùn)營(yíng)成本以及服務(wù)質(zhì)量(QoS)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；證明求解該模型是NP-hard難的；通過(guò)引進(jìn)罰函數(shù)，將通過(guò)頻道復(fù)制和帶寬分配使得開(kāi)銷(xiāo)最小的問(wèn)題等價(jià)轉(zhuǎn)化為通過(guò)頻道復(fù)制和帶寬分配使得收益最大化的問(wèn)題；提出一種云數(shù)據(jù)中心中資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化算法——DREAM，來(lái)解決云平臺(tái)帶寬的預(yù)訂與分配問(wèn)題以及確定云數(shù)據(jù)中心頻道的副本布局；在資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化算法中集成局部性原理，提出DREAM-L算法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法將使得云系統(tǒng)能夠以低廉的價(jià)格為視頻點(diǎn)播服務(wù)提供令人滿意的觀影質(zhì)量、訪問(wèn)局部性和數(shù)據(jù)可用性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種云視頻的資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及云視頻數(shù)據(jù)通信技術(shù)，更具體地，涉及一種云視頻的資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著云計(jì)算與云存儲(chǔ)的流行和推廣，很多視頻服務(wù)提供商開(kāi)始把視頻數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)遷移到云平臺(tái)上來(lái)。為使云系統(tǒng)能夠廉價(jià)的為視頻點(diǎn)播服務(wù)提供令人滿意的觀影質(zhì)量、訪問(wèn)局部性和數(shù)據(jù)可用等特性。
[0003]云平臺(tái)上通常有兩種資源優(yōu)化調(diào)度方法:一種方法以云服務(wù)器為調(diào)度粒度，另一種方法以視頻頻道為調(diào)度粒度。前者注重調(diào)整云服務(wù)器或虛擬機(jī)(VM)的位置與其所擁有資源的數(shù)量，而后者則注重動(dòng)態(tài)的管理視頻頻道與從這些頻道出發(fā)的視頻流?；谝曨l頻道的方法可以更靈活地在云平臺(tái)上管理云數(shù)據(jù)中心的視頻頻道(相對(duì)于基于云服務(wù)器的調(diào)度算法)，但目前這種方法缺乏一種合理的資源調(diào)度策略來(lái)提高其數(shù)據(jù)可用性和局部訪問(wèn)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本發(fā)明提出一種以視頻頻道為調(diào)度粒度的云視頻的資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，其目的在于提高數(shù)據(jù)可用性和訪問(wèn)局部性并優(yōu)化價(jià)格，由此解決云平臺(tái)中視頻點(diǎn)播服務(wù)帶寬分配以及視頻的副本放置等問(wèn)題，能夠廉價(jià)地滿足視頻點(diǎn)播服務(wù)中的服務(wù)等級(jí)協(xié)議(Service Level Agreement)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:基于視頻頻道的云資源調(diào)度和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，包括建立用于描述頻道分布、用戶帶寬分配、總開(kāi)銷(xiāo)以及服務(wù)質(zhì)量(QoS)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；證明求解該模型是NP-hard難的；通過(guò)引進(jìn)罰函數(shù)，將通過(guò)頻道復(fù)制和帶寬分配使得開(kāi)銷(xiāo)最小的問(wèn)題等價(jià)轉(zhuǎn)化為通過(guò)頻道復(fù)制和帶寬分配使得收益最大化的問(wèn)題；提出一種云數(shù)據(jù)中心中資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化算法一DREAM，以解決云平臺(tái)帶寬的預(yù)訂與分配問(wèn)題以及確定云數(shù)據(jù)中心頻道的副本布局；在資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化算法中使用并集成已有的局部性原理，提出DREAM-L算法。
[0006]具體包括如下步驟(各個(gè)符號(hào)定義見(jiàn)表1):
[0007](I)建立數(shù)學(xué)模型:
[0008]定義Cst為下一時(shí)段的總操作開(kāi)銷(xiāo)，得到等式⑴:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種云視頻的資源分配與開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)建立總開(kāi)銷(xiāo)的目標(biāo)函數(shù):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云視頻的資源分配與開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(5)中資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下: (5-1)云數(shù)據(jù)中心Di (i = Ι,.,.,Μ)初始化本地變量，包括以下子步驟: (5-1-1)分別初始化矩陣X，Y，ce的第i行為O ; (5-1-2)初始化可用存儲(chǔ)空間eSi SSi,初始化可用帶寬數(shù)目MiSBi，其中Si和Bi表示云數(shù)據(jù)中心Di的存儲(chǔ)容量和帶寬數(shù)目的上限；(5-1-3)初始化矩陣dQ和dVt為Q和Vt，其中dQ和dVt表示所有剩余帶寬和可用性需求； (5-1-4)根據(jù)公式(12)第二項(xiàng),定義函數(shù)Compute_mc計(jì)算復(fù)制一個(gè)頻道到云數(shù)據(jù)中心的遷移開(kāi)銷(xiāo)(Hicik)，得到矩陣me ；
(5-1-5)計(jì)算每一個(gè) ceijk, i = I,..., M, j = I,..., N, k = I,..., W,初始化矩陣 ce ；(5-1-6)本云數(shù)據(jù)中心Di通過(guò)一個(gè)集體通信操作all-reduce-max (send_msg, recv_msg)與其他所有云數(shù)據(jù)中心一起計(jì)算出全局最大開(kāi)銷(xiāo)效益cemax: 其中send_msg和recv_msg分別代表發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)，它們都有六個(gè)參數(shù)(cemax, i, j, k, xiJk, f),其中cemax是最大開(kāi)銷(xiāo)收益,i, j, k是與Cemax相關(guān)的云數(shù)據(jù)中心、用戶組和頻道的索引；為了使每一個(gè)云數(shù)據(jù)中心Di都參與all-reduce-max過(guò)程，Di要確定自己本地的最大開(kāi)銷(xiāo)效益cemax，分配的帶寬數(shù)目Xijk和f標(biāo)志；其中當(dāng)為了使Di達(dá)到cemax而使得Vk必須被復(fù)制時(shí)f = 1，否則f = O ;在初始化階段如果cemax > O,則Vk必須被復(fù)制，亦即 f = I ; (5-2)循環(huán)迭代直到所有cemax ( O: (5-2-1)判斷若cemax > O，則執(zhí)行(5-2-2)，否則結(jié)束； (5-2-2)當(dāng)云數(shù)據(jù)中心Di達(dá)到最大全局開(kāi)銷(xiāo)效益時(shí)，則執(zhí)行步驟(5-2-3)，否則只更新本地?cái)?shù)據(jù)來(lái)跟蹤其他云數(shù)據(jù)中心分配帶寬和存儲(chǔ)空間帶來(lái)的影響，執(zhí)行(5-2-4)；
(5-2-3)當(dāng) f = 1，執(zhí)行 Yik = 1
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的云視頻的資源分配與開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述子步驟(5-1-5)中初始化矩陣ce的方法，具體如下: (al)根據(jù)公式(12)和(14)，在給定的云數(shù)據(jù)中心Ditl下計(jì)算W維向量rci(l和rgi(l; (bl)根據(jù)公式(13)和(15)，初始化(腳)矩陣rcjPrg” ； (Cl)用rgi與rCi中所有對(duì)應(yīng)位置的元素相除得到開(kāi)銷(xiāo)效益矩陣Cei。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的云視頻的資源分配與開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述子步驟(5-1-6)中計(jì)算全局最大開(kāi)銷(xiāo)效益cemax步驟如下:
(a2)將(cemax, i, j, k, xiJk, f)放入 send_msg ； (b2)通過(guò)聯(lián)合通信操作，計(jì)算cemax的初始值，具體為:all-reduce-max (send—msg，recv—msg)；
(c2)recv_msg 得到一組(cemax, i’，j, k, x’ iJk, f),其中 i’ 表示云數(shù)據(jù)中心 Dr 有 cemax。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的云視頻的資源分配與開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法還包括在資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化算法中使用并集成局部性原理，使得用戶盡量從本地的云數(shù)據(jù)中心獲取帶寬，包括以下步驟: (a3)定義Locality表示用戶組的局部性,具體如下:

6.如權(quán)利要求2至5任一項(xiàng)所述的云視頻的資源分配和開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(5-3)中帶寬池
【文檔編號(hào)】H04L29/08GK103973780SQ201410171121
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】周可, 趙雨虹, 王樺, 黃志杰, 王沖, 鄒復(fù)好, 李春花, 鄭勝 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)