比例對(duì)比折線圖；
[0035] 圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，本發(fā)明的算 法與其他算法在不同指標(biāo)上的對(duì)比圖；
[0036] 圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法中，本發(fā)明的算 法與靜態(tài)資源提供策略的對(duì)比圖。 圖10為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種面向云視頻服務(wù)的請(qǐng)求分配方法中，本發(fā)明算法1的 算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中 的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)一步進(jìn)行清楚、完整、詳細(xì)地描述。顯然，所描述的 實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0038]互聯(lián)網(wǎng)視頻內(nèi)容分發(fā)主要平臺(tái)包括大型的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，⑶N)，利用⑶N通常需要與⑶N服務(wù)商協(xié)商并付出相對(duì)較高的部署代價(jià)。P2P (Peer to Peer)系統(tǒng)需要最小的基礎(chǔ)設(shè)施，但是會(huì)因不穩(wěn)定環(huán)境下大量視頻數(shù)據(jù)請(qǐng)求導(dǎo)致視頻啟 動(dòng)延遲問(wèn)題。云數(shù)據(jù)中心提供了一種專門的基礎(chǔ)設(shè)施，以及一種便利的即付即用模型來(lái)提 供視頻服務(wù)，使得其在視頻內(nèi)容分發(fā)領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎。除內(nèi)容分發(fā)能力之外，云數(shù)據(jù)中心 還為視頻處理提供了計(jì)算資源。
[0039]云中的請(qǐng)求調(diào)度和資源分配問(wèn)題可以分為基于云提供商和云用戶兩個(gè)方面。目前 已經(jīng)有一些從云提供商方面考慮調(diào)度策略的工作。對(duì)于單個(gè)數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，高資源利用率 與公平性常常是關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題；對(duì)于多數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，也有學(xué)者提出通過(guò)調(diào)度策略平衡 各地理分布的數(shù)據(jù)中心用電來(lái)最小化運(yùn)行代價(jià)。而從用戶角度考慮，調(diào)度策略主要考慮如 何減小資源租用花費(fèi)以及滿足用戶的性能要求?，F(xiàn)有技術(shù)通常采用基于隊(duì)列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將 用戶請(qǐng)求調(diào)度至服務(wù)器中，用戶請(qǐng)求通過(guò)隨機(jī)或輪詢，并以最短隊(duì)列、最大利潤(rùn)為目的方式 分配至服務(wù)器維護(hù)的隊(duì)列中。這些調(diào)度策略通常假設(shè)固定的服務(wù)器數(shù)量以及固定的服務(wù)能 力。當(dāng)VSP利用云來(lái)提供服務(wù)時(shí)，服務(wù)器的數(shù)量以及每個(gè)服務(wù)器的能力可以按需伸縮。有文 獻(xiàn)考慮了基于虛擬化技術(shù)的服務(wù)器彈性計(jì)算能力，提出了自適應(yīng)的請(qǐng)求分配和服務(wù)能力伸 縮機(jī)制以應(yīng)對(duì)請(qǐng)求閃聚問(wèn)題。我們的工作更進(jìn)一步考慮了用戶具有不同的時(shí)間響應(yīng)需求 (即QoE不同）。一些文獻(xiàn)在進(jìn)行調(diào)度決策時(shí)考慮了虛擬機(jī)租用代價(jià)與存儲(chǔ)代價(jià)。然而，這 些工作通常假設(shè)未來(lái)請(qǐng)求服從某種分布或需要特定的算法來(lái)預(yù)測(cè)負(fù)載，導(dǎo)致實(shí)用性不強(qiáng)。 另外，在研宄時(shí)通常將資源提供與請(qǐng)求分配這兩方面分開(kāi)考慮，不利于獲得最優(yōu)決策。
[0040] 對(duì)于VSP來(lái)說(shuō)，地理分布的多數(shù)據(jù)中心形成了內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。有文獻(xiàn)考慮了此情 況下的請(qǐng)求調(diào)度問(wèn)題，這些調(diào)度策略考慮了不同數(shù)據(jù)中心的不同價(jià)格以及服務(wù)這些請(qǐng)求的 可容忍延遲。Wang等人研宄一種以較細(xì)粒度的方式動(dòng)態(tài)調(diào)整資源租用數(shù)量的方法，以適應(yīng) 請(qǐng)求的變化；He等人研宄了不同類型VM數(shù)量的最優(yōu)化以滿足動(dòng)態(tài)用戶需求的問(wèn)題。然而， 這些系統(tǒng)沒(méi)有考慮不同的服務(wù)類型以及不同服務(wù)所需要的不同QoE水平。
[0041]由于李雅普諾夫優(yōu)化技術(shù)不需要對(duì)未來(lái)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)研宄方面被廣 泛應(yīng)用。Urgaonkar等人將其引入以解決請(qǐng)求準(zhǔn)許以及資源分配問(wèn)題；Yao等人將李雅普諾 夫傳統(tǒng)模型由單時(shí)間尺度擴(kuò)展至雙時(shí)間尺度，以減小地理分布數(shù)據(jù)中心的能耗;Wu等人也 將此框架用于多媒體服務(wù)的資源管理。然而，這些工作從云服務(wù)提供商的角度考慮問(wèn)題，并 在物理服務(wù)器粒度上進(jìn)行資源分配。我們應(yīng)用此技術(shù)并從VSP視角解決虛擬機(jī)粒度上的資 源動(dòng)態(tài)供給問(wèn)題。而且，我們利用李雅普諾夫方法研宄了多服務(wù)、異構(gòu)QoE需求的場(chǎng)景。
[0042] 我們的工作不同于現(xiàn)有的工作主要集中在以下幾個(gè)方面：首先，我們從VSP視角 解決資源分配問(wèn)題并同時(shí)考慮請(qǐng)求調(diào)度問(wèn)題。其次，由于采用了李雅普諾夫技術(shù)，我們的方 法不依賴于對(duì)未來(lái)用戶需求的預(yù)測(cè)也不需要假設(shè)負(fù)載服從某種已知的分布。另外，就多數(shù) 據(jù)中心、多服務(wù)、以及異構(gòu)QoE來(lái)講，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)比現(xiàn)有方法更通用的模型來(lái)處理此問(wèn) 題。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種面向云視頻服務(wù)的資源提供方法。
[0044] 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供的面向云視頻服務(wù)的資源提供方法包括：
[0045] 步驟S101，從云視頻服務(wù)系統(tǒng)中獲取系統(tǒng)參數(shù)；
[0046] 步驟S103,根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)獲得最小花費(fèi)函數(shù)與優(yōu)化約束；
[0047] 步驟S105,使用李雅普諾夫優(yōu)化框架獲得最小花費(fèi)函數(shù)的位移-懲罰函數(shù)及其 上界；
[0048] 步驟S107,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(jì)算出 資源提供方案。
[0049] 其中，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)獲得最小花費(fèi)函數(shù)與優(yōu)化約束，為使用系統(tǒng)參數(shù)描述租用花 費(fèi)與體驗(yàn)質(zhì)量水平，并根據(jù)租用花費(fèi)與體驗(yàn)質(zhì)量水平描述最小花費(fèi)函數(shù)與優(yōu)化約束。
[0050] 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(jī)類型集合、某時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心為某服務(wù)租用某類虛擬機(jī)的數(shù)量數(shù)組、以及某時(shí)刻某數(shù)據(jù) 中心中某類虛擬機(jī)的價(jià)格數(shù)組；使用系統(tǒng)參數(shù)描述租用花費(fèi)，為使用該兩數(shù)組之積對(duì)數(shù)據(jù) 中心集合、服務(wù)類型集合與虛擬機(jī)類型集合分別求和描述租用花費(fèi)。
[0051] 同時(shí)，從云視頻服務(wù)系統(tǒng)中獲取系統(tǒng)參數(shù)包括用戶對(duì)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(yàn)質(zhì)量水平；使用系統(tǒng)參數(shù)描述體驗(yàn)質(zhì)量水平，為根據(jù)用戶 對(duì)某服務(wù)的可容忍延遲、某時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心中某服務(wù)實(shí)際延遲、以及用戶從該服務(wù)可獲得 的最大體驗(yàn)質(zhì)量水平使用一個(gè)有門限閾值的線性測(cè)量方法來(lái)描述體驗(yàn)質(zhì)量水平。
[0052] 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(jī)類型集合、用戶區(qū)域集合、某時(shí)刻分配至某數(shù)據(jù)中心的某類服務(wù)請(qǐng)求集合、某用戶到某數(shù) 據(jù)中心的距離、某時(shí)刻某用戶的某服務(wù)資源提供至某數(shù)據(jù)中心的個(gè)數(shù)、某時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心 某類未完成服務(wù)請(qǐng)求集合；某時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心中某服務(wù)實(shí)際延遲，為該時(shí)刻該用戶的該服 務(wù)資源提供至該數(shù)據(jù)中心的個(gè)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(shí)刻該數(shù)據(jù)中心的隊(duì)列延遲在該時(shí)刻分配至該數(shù)據(jù)中心的該類服務(wù)請(qǐng) 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(shí)刻該數(shù)據(jù)中心的隊(duì)列延遲與該時(shí)刻該數(shù)據(jù)中心該類未完成服務(wù)請(qǐng)求集合 大小成正相關(guān)性。
[0053] 同時(shí)，根據(jù)租用花費(fèi)與體驗(yàn)質(zhì)量水平描述優(yōu)化約束，為根據(jù)租用花費(fèi)與體驗(yàn)質(zhì)量 水平確保某時(shí)刻分配給所有數(shù)據(jù)中心的服務(wù)請(qǐng)求與系統(tǒng)中產(chǎn)生的請(qǐng)求相等、確保被分配的 虛擬機(jī)數(shù)量不超過(guò)數(shù)據(jù)中心所能提供的數(shù)量、確保所有用戶服務(wù)請(qǐng)求至少應(yīng)達(dá)到最小體驗(yàn) 質(zhì)量水平，并根據(jù)上述3個(gè)確保條件描述優(yōu)化約束。
[0054]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(shí)刻某數(shù)據(jù)中心某類未完成服 務(wù)請(qǐng)求集合，使用李雅普諾夫優(yōu)化框架獲得最小花費(fèi)函數(shù)的位移-懲罰函數(shù)及其上界，具 體包括：
[0055] 根據(jù)最小花費(fèi)函數(shù)與優(yōu)化約束、與某時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心某類未完成服務(wù)請(qǐng)求集合， 描述某時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心某類未完成服務(wù)請(qǐng)求的實(shí)際隊(duì)列；
[0056] 根據(jù)最小花費(fèi)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(duì)列，描述某時(shí) 刻某數(shù)據(jù)中心QoE的變化情況；
[0057] 根據(jù)實(shí)際隊(duì)列與虛擬隊(duì)列使用李雅普諾夫優(yōu)化框架構(gòu)建李雅普諾夫函數(shù)；
[0058] 根據(jù)李雅普諾夫函數(shù)計(jì)算獲得m時(shí)隙李雅普諾夫位移與位移-懲罰函數(shù)；
[0059]計(jì)算位移-懲罰函數(shù)的最小上界。
[0060]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(jì)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(jì)算凸優(yōu)化問(wèn)題，獲得某 時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心中某類服務(wù)請(qǐng)求租用的某種虛擬機(jī)數(shù)量數(shù)組，某時(shí)刻某數(shù)據(jù)中心中某類服 務(wù)請(qǐng)求租用的某種虛擬機(jī)數(shù)量數(shù)組即為資源提供方案。
[0061]下面根據(jù)具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0062]我們首先描述并形式化系統(tǒng)模型。圖2示出的是在本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)模型實(shí)施例 中，多個(gè)用戶群、VSP、多個(gè)數(shù)據(jù)中心與多個(gè)虛擬機(jī)的從屬與連接關(guān)系圖。在如圖2所示的應(yīng) 用場(chǎng)景中，屬于多個(gè)云服務(wù)提供商的數(shù)據(jù)中心分布在不同的地理位置，并運(yùn)行不同類型的 視頻服務(wù)；來(lái)自不同區(qū)域的用戶可以在任何時(shí)間從VSP獲取不同類型服務(wù)，諸如視頻流、轉(zhuǎn) 碼等。這些VSP沒(méi)有自己的數(shù)據(jù)中心而是租用來(lái)自于云服務(wù)提供商的虛擬機(jī)資源。一旦視 頻服務(wù)提供商接收到用戶請(qǐng)求，則會(huì)根據(jù)QoE要求以及執(zhí)行代價(jià)將其動(dòng)態(tài)地調(diào)度至最優(yōu)的 數(shù)據(jù)中心，并考慮不同地區(qū)、不同數(shù)據(jù)中心的不同價(jià)格。