一種云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法
【專利摘要】一種云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，采集云計算系統(tǒng)中各個數(shù)據(jù)中心的狀態(tài)信息，并計算數(shù)據(jù)中心的服務器CPU負載；然后建立請求路由的效用函數(shù)以及約束條件，并建立請求路由優(yōu)化問題；再根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，估計用戶數(shù)量參數(shù)，并劃分區(qū)間；最終應用動態(tài)請求路由算法，計算得到各個階段的請求路由策略，本發(fā)明可根據(jù)云計算視頻直播系統(tǒng)的當前狀態(tài)以及對用戶數(shù)量的估計，運用所提出的動態(tài)請求路由算法，得到最優(yōu)的請求路由策略，可有效提高云提供商所得利潤，提高資源利用率。
【專利說明】一種云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法

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

【背景技術】
[0002] 隨著核心網(wǎng)絡與用戶接入網(wǎng)絡速度的迅速提高，實時流媒體已經(jīng)變成了在線大規(guī) 模視頻直播的主要手段之一。云計算環(huán)境可為實時流媒體直播提供平臺，具有較強的適應 性與可擴展性。
[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)。終端用戶可從各個數(shù)據(jù) 中心中獲取實時流媒體數(shù)據(jù)，而不是直接從源服務器中獲取數(shù)據(jù)。這種方式可以有效的避 免網(wǎng)絡擁塞與源服務器過載。
[0004] 在基于云環(huán)境的實時流媒體直播系統(tǒng)中，英特網(wǎng)內(nèi)容提供商（ICPs, Internet Content Providers)將實時視頻進行采集、編碼、與壓縮等處理，并將視頻流媒體數(shù)據(jù)傳輸 給核心服務器（core server)。核心服務器再通過云提供商的覆蓋網(wǎng)絡（該覆蓋網(wǎng)絡既可 以是專用線路，也可以是公共線路）將這些數(shù)據(jù)分發(fā)到各個地區(qū)的數(shù)據(jù)中心中。來自不同 地區(qū)的終端用戶向云提供商發(fā)起視頻請求，并通過請求路由（RR, Request Routing)技術被 重定向到某個邊緣服務器中。
[0005] 云服務提供商所面對的一個核心問題，是如何設計合理的請求路由策略，以使得 其能夠獲得盡可能高的經(jīng)濟利益，并在此同時保證系統(tǒng)性能較好。在傳統(tǒng)基于Web的應用 中已經(jīng)存在一些請求路由策略，這些策略有很多都具有動態(tài)性（稱為自適應的請求路由策 略），因為動態(tài)的請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的動態(tài) 請求路由策略無法直接移植到視頻流媒體直播環(huán)境。究其原因，在于：（1)在視頻直播應用 中，終端用戶在系統(tǒng)的駐留時間比在傳統(tǒng)Web應用中的駐留時間長的多，通常是幾個量級 的差距。在整個觀看過程中，終端用戶都要占據(jù)著服務器資源與網(wǎng)絡資源。（2) -旦終端用 戶開始從某個數(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 為這個過程通常會導致視頻播放的中斷，進而影響用戶體驗。
[0006] 另一方面，非自適應請求路由策略（又稱為靜態(tài)路由請求策略）也具有較大局限 性。因為靜態(tài)請求策略必須考慮到系統(tǒng)的"最差情形"。但是，"最差情形"并不一定會經(jīng)常 出現(xiàn)，而"最差情形"下的最優(yōu)靜態(tài)路由請求策略，在"通常情形"中的實際性能可能會有下 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)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種云環(huán)境視頻直播服務 的請求路由方法，可應用于基于云平臺的大型分布式視頻直播系統(tǒng)中，有效降低云運營商 的運營成本，提高資源利用率。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：
[0009] -種云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟（1)，采集云計算系統(tǒng)中各個數(shù)據(jù)中心的狀態(tài)信息，并計算數(shù)據(jù)中心的服務器 (PU負載；
[0011] 步驟（2)，建立請求路由的效用函數(shù)以及約束條件，并建立請求路由優(yōu)化問題；
[0012] 步驟（3)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，估計用戶數(shù)量參數(shù)，并劃分區(qū)間；
[0013] 步驟（4)，應用動態(tài)請求路由算法，計算得到各個階段的請求路由策略。
[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的背景負載λ J ;
[0017] 數(shù)據(jù)中心j當前可用網(wǎng)絡帶寬能支持的用戶數(shù);
[0018] 數(shù)據(jù)中心j當前正在使用視頻服務的終端用戶數(shù)量Xj ;
[0019] 所述數(shù)據(jù)中心的服務器CPU負載計算公式為：

【權利要求】
1. 一種云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟（1)，采集云計算系統(tǒng)中各個數(shù)據(jù)中心的狀態(tài)信息，并計算數(shù)據(jù)中心的服務器CPU負載； 步驟（2)，建立請求路由的效用函數(shù)以及約束條件，并建立請求路由優(yōu)化問題； 步驟（3)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，估計用戶數(shù)量參數(shù)，并劃分區(qū)間； 步驟（4)，應用動態(tài)請求路由算法，計算得到各個階段的請求路由策略。
2. 根據(jù)權利要求1所述云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，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的背景負載入j; 數(shù)據(jù)中心j當前可用網(wǎng)絡帶寬能支持的用戶數(shù)Bj ;
數(shù)據(jù)中心j當前正在使用視頻服務的終端用戶救暑Y. ? 所述數(shù)據(jù)中心的服務器CPU負載計算公式為： ； 其中，j表示數(shù)據(jù)中心編號，U表示數(shù)據(jù)中心j的服務器CPU負載，、表示每個用戶 所占用的CPU的量。
3. 根據(jù)權利要求2所述云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，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能力約束、帶寬約束以 及流量守恒約束， 在服務能力約束條件下，
在帶寬約束條件下，
在流量守恒約束約束條件下：
請求路由優(yōu)化問題
其中，N為終端用戶總數(shù)，fu為請求路由策略，即地區(qū)i的用戶有& %被數(shù)據(jù)中心j服 務，n(dj為當i地區(qū)的用戶被數(shù)據(jù)中心j服務且延遲為屯時的收入，&為地區(qū)j單位網(wǎng) 絡帶寬的租用成本，為一事先規(guī)定的閾值，彡1。
4. 根據(jù)權利要求3所述云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，其特征在于，所 述延迮
，其中Dij為網(wǎng)絡延遲，Sj為數(shù)據(jù)中心j中的服務器響應延遲，
，gj(X)為服務器在負載為X下的響應時間函數(shù)，由排隊論相關結 論得出。
5. 根據(jù)權利要求3所述云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，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；將區(qū)間PVi,分割為n-1個階段：

曰
s
6. 根據(jù)權利要求4或5所述云環(huán)境視頻直播服務的請求路由方法，其特征在于，所述步 驟（4)中動態(tài)請求路由算法如下： 對于第一個階段P1，根據(jù)該階段內(nèi)用戶的數(shù)量N以及當前所擁有的資源數(shù)量（包括 入」與Bj，分別為可用的CPU利用率與網(wǎng)絡帶寬），通過請求路由優(yōu)化問題（即步驟3中的 RRS(N，AjlBj))計算得到階段PJA請求路由策略Aj(P1)15而后，計算得到請求路由策略 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)絡帶寬），并利用 以下公式
計算應用請求路由策略L(P1)后所剩余的資源數(shù)量。此后，不斷重復上述步驟，直至 計算得到最后一個階段的請求路由策略t(Plri)。
【文檔編號】H04N21/63GK104244020SQ201410488275
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權日:2014年9月22日
【發(fā)明者】萬劍雄 申請人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學