一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及云視頻服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種面向云視頻服務(wù)的資源提供 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 互聯(lián)網(wǎng)視頻對帶寬和CPU的性能要求都很高。一方面，據(jù)思科公司2013年預(yù)測， 2017年全球互聯(lián)網(wǎng)視頻流量對整個互聯(lián)網(wǎng)流量的貢獻將由2012年的57%增至69%，互聯(lián) 網(wǎng)視頻流量的年增率將達到34% ;另一方面，為滿足不同的應(yīng)用需求，通常需要對視頻做一 些計算密集型處理工作如壓縮、轉(zhuǎn)碼、編碼/反編碼、自適應(yīng)、摘要提取、渲染等。例如，在線 視頻游戲場景需要隨著玩家的動作進行動態(tài)渲染；不同玩家因設(shè)備屏幕不同通常需要不同 的視頻編碼。然而，為降低客戶端壓力，與這些步驟相關(guān)的計算密集型任務(wù)通常在視頻服務(wù) 提供商（Video Service Provider，VSP) -方執(zhí)行，這給VSP如何實時高效地部署服務(wù)以滿 足用戶請求帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其當(dāng)用戶請求呈突發(fā)性到達時情況更復(fù)雜。
[0003] 云計算模式為VSP提供了一種便捷的即付即用方式來部署其服務(wù)，此方式能根據(jù) 用戶需求動態(tài)地調(diào)整從云服務(wù)提供商租用的計算資源。與傳統(tǒng)方法相比，云計算模式為VSP 消除了購買和維護基礎(chǔ)設(shè)施的成本。因此，VSP的優(yōu)化目標(biāo)是盡量減少租用虛擬機（VM， Virtual Machine)的成本，以保持其在市場上的競爭優(yōu)勢，同時保證用戶滿意的體驗質(zhì)量 (Quality of Experience，QoE)〇
[0004] 然而，對于VSP來說，在保證適當(dāng)?shù)腝oE水平情況下，以低成本的方式動態(tài)地租用 云中計算資源是具有挑戰(zhàn)性的。首先，用戶的請求到達率是動態(tài)的，并且突發(fā)性聚集請求 是不可預(yù)測的。并且由于這些請求具有不同的QoE要求，要找到一種方式將他們以最佳的 方式分配到云中的各類資源非常困難。其次，在云計算資源租用花費與用戶QoE之間進行 權(quán)衡本身就是一困難的決策問題。例如，更尚QoE可能使得VSP在短期內(nèi)花費更多，但是在 長期來看卻有利于增加其利潤。再者，單個云服務(wù)商所擁有的服務(wù)器可能不足以覆蓋范 圍更廣的VSP用戶。此種情況下，VSP不得不租用來自多個云服務(wù)提供商（Cloud Service Provider，CSP)的地理分布的數(shù)據(jù)中心以向用戶提供滿意的QoE。然而，不同CSP之間的不 同價格以及不同時段的價格變化更加劇了 VSP的資源租用問題的復(fù)雜性。
[0005] 雖然已有一些與云中資源提供相關(guān)的工作，但大部分解決方案依賴一些不合理的 假設(shè)：已知的負(fù)載分布，相同的QoE要求，單個CSP服務(wù)所有用戶等等。然而，實際應(yīng)用中這 些假設(shè)通常不成立，導(dǎo)致其解決方案缺乏實際應(yīng)用價值。
[0006]針對現(xiàn)有云中資源提供技術(shù)對云視頻服務(wù)模型實際情況考慮不足的問題，目前尚 缺乏有效的應(yīng)對策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有云中資源提供技術(shù)對實際情況考慮不足的問題，本發(fā)明的目的在于提出 一種面向云視頻服務(wù)的請求分配方法，建模時考慮實際情況，使之能夠在實際應(yīng)用環(huán)境中 有效工作。
[0008] 基于上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法，包括：
[0010] 從云視頻服務(wù)系統(tǒng)中獲取系統(tǒng)參數(shù)；
[0011] 根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)獲得最小花費函數(shù)與優(yōu)化約束；
[0012] 使用李雅普諾夫優(yōu)化框架獲得最小花費函數(shù)的位移-懲罰函數(shù)及其上界；
[0013] 從位移-懲罰函數(shù)中的上界中提取出與資源提供有關(guān)的部分并計算出資源提供 方案。
[0014] 其中，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)獲得最小花費函數(shù)與優(yōu)化約束，為使用系統(tǒng)參數(shù)描述租用花 費與體驗質(zhì)量水平，并根據(jù)租用花費與體驗質(zhì)量水平描述最小花費函數(shù)與優(yōu)化約束。
[0015] 并且，從云視頻服務(wù)系統(tǒng)中獲取系統(tǒng)參數(shù)包括數(shù)據(jù)中心集合、服務(wù)類型集合、虛擬 機類型集合、某時刻某數(shù)據(jù)中心為某服務(wù)租用某類虛擬機的數(shù)量數(shù)組、以及某時刻某數(shù)據(jù) 中心中某類虛擬機的價格數(shù)組；使用系統(tǒng)參數(shù)描述租用花費，為使用該兩數(shù)組之積對數(shù)據(jù) 中心集合、服務(wù)類型集合與虛擬機類型集合分別求和描述租用花費。
[0016] 同時，從云視頻服務(wù)系統(tǒng)中獲取系統(tǒng)參數(shù)包括用戶對某服務(wù)的可容忍延遲、以及 用戶從該服務(wù)可獲得的最大體驗質(zhì)量水平；使用系統(tǒng)參數(shù)描述體驗質(zhì)量水平，為根據(jù)用戶 對某服務(wù)的可容忍延遲、某時刻某數(shù)據(jù)中心中某服務(wù)實際延遲、以及用戶從該服務(wù)可獲得 的最大體驗質(zhì)量水平使用一個有門限閾值的線性測量方法來描述體驗質(zhì)量水平。
[0017] 并且，從云視頻服務(wù)系統(tǒng)中獲取系統(tǒng)參數(shù)包括數(shù)據(jù)中心集合、服務(wù)類型集合、虛擬 機類型集合、用戶區(qū)域集合、某時刻分配至某數(shù)據(jù)中心的某類服務(wù)請求集合、某用戶到某數(shù) 據(jù)中心的距離、某時刻某用戶的某服務(wù)資源提供至某數(shù)據(jù)中心的個數(shù)、某時刻某數(shù)據(jù)中心 某類未完成服務(wù)請求集合；某時刻某數(shù)據(jù)中心中某服務(wù)實際延遲，為該時刻該用戶的該服 務(wù)資源提供至該數(shù)據(jù)中心的個數(shù)與該用戶到該數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)延遲之積在用戶區(qū)域集合 上求和的值，加上該時刻該數(shù)據(jù)中心的隊列延遲在該時刻分配至該數(shù)據(jù)中心的該類服務(wù)請 求集合上求和的值；其中，該用戶到該數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)延遲與該用戶到該數(shù)據(jù)中心的距離 成正相關(guān)性，該時刻該數(shù)據(jù)中心的隊列延遲與該時刻該數(shù)據(jù)中心該類未完成服務(wù)請求集合 大小成正相關(guān)性。
[0018] 同時，根據(jù)租用花費與體驗質(zhì)量水平描述優(yōu)化約束，為根據(jù)租用花費與體驗質(zhì)量 水平確保某時刻分配給所有數(shù)據(jù)中心的服務(wù)請求與系統(tǒng)中產(chǎn)生的請求相等、確保分配的虛 擬機數(shù)量不超過數(shù)據(jù)中心所能提供的數(shù)量、確保所有用戶服務(wù)請求至少應(yīng)達到最小體驗質(zhì) 量水平，并根據(jù)上述3個確保條件描述優(yōu)化約束。
[0019]另外，從云視頻服務(wù)系統(tǒng)中獲取系統(tǒng)參數(shù)，包括某時刻某數(shù)據(jù)中心某類未完成服 務(wù)請求集合，使用李雅普諾夫優(yōu)化框架獲得最小花費函數(shù)的位移-懲罰函數(shù)及其上界，具 體包括：
[0020] 根據(jù)最小花費函數(shù)與優(yōu)化約束、與某時刻某數(shù)據(jù)中心某類未完成服務(wù)請求集合， 描述某時刻某數(shù)據(jù)中心某類未完成服務(wù)請求的實際隊列；
[0021] 根據(jù)最小花費函數(shù)與優(yōu)化約束，為某數(shù)據(jù)中心某服務(wù)構(gòu)建一虛擬隊列，描述某時 刻某數(shù)據(jù)中心體驗質(zhì)量水平的變化情況；
[0022] 根據(jù)實際隊列與虛擬隊列使用李雅普諾夫優(yōu)化框架構(gòu)建李雅普諾夫函數(shù)；
[0023] 根據(jù)李雅普諾夫函數(shù)計算獲得m時隙李雅普諾夫位移與位移-懲罰函數(shù)；
[0024] 計算位移-懲罰函數(shù)的最小上界。
[0025] 并且，從位移-懲罰函數(shù)中的上界中提取出與資源提供有關(guān)的部分并計算出資源 提供方案，為從位移-懲罰函數(shù)中提取出資源提供有關(guān)的部分并計算凸優(yōu)化問題獲得某時 刻某數(shù)據(jù)中心中某類服務(wù)請求租用的某種虛擬機數(shù)量數(shù)組，某時刻某數(shù)據(jù)中心中某類服務(wù) 請求租用的某種虛擬機數(shù)量數(shù)組即為資源提供方案。
[0026] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過計算云視頻服務(wù)系統(tǒng)的最小 花費函數(shù)與優(yōu)化約束并將最小花費函數(shù)問題使用李雅普諾夫優(yōu)化框架轉(zhuǎn)化為位移-懲罰 函數(shù)上界問題計算資源提供方案的技術(shù)手段，考慮了請求的動態(tài)達到、不同QoE要求、多個 CSP同時服務(wù)等實際應(yīng)用中出現(xiàn)的場景并提供了在此復(fù)雜場景下的解決方案，具有實際應(yīng) 用價值。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹。顯然，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。
[0028] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法的流程圖；
[0029] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，多個用戶 群、VSP、多個數(shù)據(jù)中心與多個虛擬機的從屬與連接關(guān)系圖；
[0030] 圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，Youtube歷 史數(shù)據(jù)、WoWAH數(shù)據(jù)集、隨機數(shù)據(jù)集與綜合數(shù)據(jù)集在兩天內(nèi)每分鐘的變化情況折線圖；
[0031] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，每個時隙系 統(tǒng)產(chǎn)生的花費變化情況與每類VM的花費比例隨時隙的變化情況折線圖；
[0032] 圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，參數(shù)V對花 費與QoE的影響折線圖；
[0033] 圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，參數(shù)m對花 費與QoE的影響折線圖；
[0034] 圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，不同容忍 延遲設(shè)置下，不同服務(wù)隨時間變化的花費