一種云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法
【專利摘要】一種云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，采集云計(jì)算系統(tǒng)中各個(gè)數(shù)據(jù)中心的狀態(tài)信息，并計(jì)算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器CPU負(fù)載；然后建立請(qǐng)求路由的效用函數(shù)以及約束條件，并建立請(qǐng)求路由優(yōu)化問(wèn)題；再根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，估計(jì)用戶數(shù)量參數(shù)，并劃分區(qū)間；最終應(yīng)用動(dòng)態(tài)請(qǐng)求路由算法，計(jì)算得到各個(gè)階段的請(qǐng)求路由策略，本發(fā)明可根據(jù)云計(jì)算視頻直播系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)以及對(duì)用戶數(shù)量的估計(jì)，運(yùn)用所提出的動(dòng)態(tài)請(qǐng)求路由算法，得到最優(yōu)的請(qǐng)求路由策略，可有效提高云提供商所得利潤(rùn)，提高資源利用率。
【專利說(shuō)明】一種云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于互聯(lián)網(wǎng)中的云計(jì)算視頻直播系統(tǒng)資源分配領(lǐng)域，特別涉及一種云環(huán)境 視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著核心網(wǎng)絡(luò)與用戶接入網(wǎng)絡(luò)速度的迅速提高，實(shí)時(shí)流媒體已經(jīng)變成了在線大規(guī) 模視頻直播的主要手段之一。云計(jì)算環(huán)境可為實(shí)時(shí)流媒體直播提供平臺(tái)，具有較強(qiáng)的適應(yīng) 性與可擴(kuò)展性。
[0003] 云環(huán)境中的數(shù)據(jù)中心通常分布在一片較大的地理區(qū)域內(nèi)。終端用戶可從各個(gè)數(shù)據(jù) 中心中獲取實(shí)時(shí)流媒體數(shù)據(jù)，而不是直接從源服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)。這種方式可以有效的避 免網(wǎng)絡(luò)擁塞與源服務(wù)器過(guò)載。
[0004] 在基于云環(huán)境的實(shí)時(shí)流媒體直播系統(tǒng)中，英特網(wǎng)內(nèi)容提供商（ICPs, Internet Content Providers)將實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行采集、編碼、與壓縮等處理，并將視頻流媒體數(shù)據(jù)傳輸 給核心服務(wù)器（core server)。核心服務(wù)器再通過(guò)云提供商的覆蓋網(wǎng)絡(luò)（該覆蓋網(wǎng)絡(luò)既可 以是專用線路，也可以是公共線路）將這些數(shù)據(jù)分發(fā)到各個(gè)地區(qū)的數(shù)據(jù)中心中。來(lái)自不同 地區(qū)的終端用戶向云提供商發(fā)起視頻請(qǐng)求，并通過(guò)請(qǐng)求路由（RR, Request Routing)技術(shù)被 重定向到某個(gè)邊緣服務(wù)器中。
[0005] 云服務(wù)提供商所面對(duì)的一個(gè)核心問(wèn)題，是如何設(shè)計(jì)合理的請(qǐng)求路由策略，以使得 其能夠獲得盡可能高的經(jīng)濟(jì)利益，并在此同時(shí)保證系統(tǒng)性能較好。在傳統(tǒng)基于Web的應(yīng)用 中已經(jīng)存在一些請(qǐng)求路由策略，這些策略有很多都具有動(dòng)態(tài)性（稱為自適應(yīng)的請(qǐng)求路由策 略），因?yàn)閯?dòng)態(tài)的請(qǐng)求路由策略可以更合理的利用有限的資源。但是，這些基于Web的動(dòng)態(tài) 請(qǐng)求路由策略無(wú)法直接移植到視頻流媒體直播環(huán)境。究其原因，在于：（1)在視頻直播應(yīng)用 中，終端用戶在系統(tǒng)的駐留時(shí)間比在傳統(tǒng)Web應(yīng)用中的駐留時(shí)間長(zhǎng)的多，通常是幾個(gè)量級(jí) 的差距。在整個(gè)觀看過(guò)程中，終端用戶都要占據(jù)著服務(wù)器資源與網(wǎng)絡(luò)資源。（2) -旦終端用 戶開(kāi)始從某個(gè)數(shù)據(jù)中心接收數(shù)據(jù)，該終端用戶就不能被隨意的重定向到其它數(shù)據(jù)中心，因 為這個(gè)過(guò)程通常會(huì)導(dǎo)致視頻播放的中斷，進(jìn)而影響用戶體驗(yàn)。
[0006] 另一方面，非自適應(yīng)請(qǐng)求路由策略（又稱為靜態(tài)路由請(qǐng)求策略）也具有較大局限 性。因?yàn)殪o態(tài)請(qǐng)求策略必須考慮到系統(tǒng)的"最差情形"。但是，"最差情形"并不一定會(huì)經(jīng)常 出現(xiàn)，而"最差情形"下的最優(yōu)靜態(tài)路由請(qǐng)求策略，在"通常情形"中的實(shí)際性能可能會(huì)有下 降，即它不是"通常情形"下的最優(yōu)策略。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種云環(huán)境視頻直播服務(wù) 的請(qǐng)求路由方法，可應(yīng)用于基于云平臺(tái)的大型分布式視頻直播系統(tǒng)中，有效降低云運(yùn)營(yíng)商 的運(yùn)營(yíng)成本，提高資源利用率。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0009] -種云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟（1)，采集云計(jì)算系統(tǒng)中各個(gè)數(shù)據(jù)中心的狀態(tài)信息，并計(jì)算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器 (PU負(fù)載；
[0011] 步驟（2)，建立請(qǐng)求路由的效用函數(shù)以及約束條件，并建立請(qǐng)求路由優(yōu)化問(wèn)題；
[0012] 步驟（3)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，估計(jì)用戶數(shù)量參數(shù)，并劃分區(qū)間；
[0013] 步驟（4)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)請(qǐng)求路由算法，計(jì)算得到各個(gè)階段的請(qǐng)求路由策略。
[0014] 所述步驟⑴中狀態(tài)信息包括：
[0015] 地區(qū)i終端用戶所占總用戶數(shù)量的比例ft;
[0016] 數(shù)據(jù)中心j的背景負(fù)載λ J ;
[0017] 數(shù)據(jù)中心j當(dāng)前可用網(wǎng)絡(luò)帶寬能支持的用戶數(shù);
[0018] 數(shù)據(jù)中心j當(dāng)前正在使用視頻服務(wù)的終端用戶數(shù)量Xj ;
[0019] 所述數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器CPU負(fù)載計(jì)算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟（1)，采集云計(jì)算系統(tǒng)中各個(gè)數(shù)據(jù)中心的狀態(tài)信息，并計(jì)算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器CPU負(fù)載； 步驟（2)，建立請(qǐng)求路由的效用函數(shù)以及約束條件，并建立請(qǐng)求路由優(yōu)化問(wèn)題； 步驟（3)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，估計(jì)用戶數(shù)量參數(shù)，并劃分區(qū)間； 步驟（4)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)請(qǐng)求路由算法，計(jì)算得到各個(gè)階段的請(qǐng)求路由策略。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，其特征在于，所述步驟 (1) 中狀態(tài)信息包括： 地區(qū)i終端用戶所占總用戶數(shù)量的比例ft. 數(shù)據(jù)中心j的背景負(fù)載入j; 數(shù)據(jù)中心j當(dāng)前可用網(wǎng)絡(luò)帶寬能支持的用戶數(shù)Bj ;
數(shù)據(jù)中心j當(dāng)前正在使用視頻服務(wù)的終端用戶救暑Y. ? 所述數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器CPU負(fù)載計(jì)算公式為： ； 其中，j表示數(shù)據(jù)中心編號(hào)，U表示數(shù)據(jù)中心j的服務(wù)器CPU負(fù)載，、表示每個(gè)用戶 所占用的CPU的量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，其特征在于，所述步驟 (2) 中效用函數(shù)為
'所述約束條件包括服務(wù)能力約束、帶寬約束以 及流量守恒約束， 在服務(wù)能力約束條件下，
在帶寬約束條件下，
在流量守恒約束約束條件下：
請(qǐng)求路由優(yōu)化問(wèn)題
其中，N為終端用戶總數(shù)，fu為請(qǐng)求路由策略，即地區(qū)i的用戶有& %被數(shù)據(jù)中心j服 務(wù)，n(dj為當(dāng)i地區(qū)的用戶被數(shù)據(jù)中心j服務(wù)且延遲為屯時(shí)的收入，&為地區(qū)j單位網(wǎng) 絡(luò)帶寬的租用成本，為一事先規(guī)定的閾值，彡1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，其特征在于，所 述延迮
，其中Dij為網(wǎng)絡(luò)延遲，Sj為數(shù)據(jù)中心j中的服務(wù)器響應(yīng)延遲，
，gj(X)為服務(wù)器在負(fù)載為X下的響應(yīng)時(shí)間函數(shù)，由排隊(duì)論相關(guān)結(jié) 論得出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，其特征在于，所述步驟 ⑶中用戶數(shù)量參數(shù)為NuNh, #,且$#，其中，區(qū)間[NuNh]是正常區(qū)間，即以前 各次類似視頻流媒體直播的終端用戶總數(shù)都在該區(qū)間范圍內(nèi)，#是"最差"情形，是系統(tǒng)管 理員所給出的用戶總數(shù)上界的估計(jì)；將區(qū)間PVi,分割為n-1個(gè)階段：

曰
s
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述云環(huán)境視頻直播服務(wù)的請(qǐng)求路由方法，其特征在于，所述步 驟（4)中動(dòng)態(tài)請(qǐng)求路由算法如下： 對(duì)于第一個(gè)階段P1，根據(jù)該階段內(nèi)用戶的數(shù)量N以及當(dāng)前所擁有的資源數(shù)量（包括 入」與Bj，分別為可用的CPU利用率與網(wǎng)絡(luò)帶寬），通過(guò)請(qǐng)求路由優(yōu)化問(wèn)題（即步驟3中的 RRS(N，AjlBj))計(jì)算得到階段PJA請(qǐng)求路由策略Aj(P1)15而后，計(jì)算得到請(qǐng)求路由策略 Aj(P1)所消耗的資源量（表示為，分另Ij為消耗的CPU利用率與網(wǎng)絡(luò)帶寬），并利用 以下公式
計(jì)算應(yīng)用請(qǐng)求路由策略L(P1)后所剩余的資源數(shù)量。此后，不斷重復(fù)上述步驟，直至 計(jì)算得到最后一個(gè)階段的請(qǐng)求路由策略t(Plri)。
【文檔編號(hào)】H04N21/63GK104244020SQ201410488275
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】萬(wàn)劍雄 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)