一種面向云視頻服務(wù)的請(qǐng)求分配方法
【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)的請(qǐng)求分配 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 互聯(lián)網(wǎng)視頻對(duì)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(duì)整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)流量的貢獻(xiàn)將由2012年的57%增至69%，互聯(lián) 網(wǎng)視頻流量的年增率將達(dá)到34% ;另一方面，為滿足不同的應(yīng)用需求，通常需要對(duì)視頻做一 些計(jì)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(dòng)作進(jìn)行動(dòng)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(jì)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(shí)時(shí)高效地部署服務(wù)以滿 足用戶請(qǐng)求帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其當(dāng)用戶請(qǐng)求呈突發(fā)性到達(dá)時(shí)情況更復(fù)雜。
[0003] 云計(jì)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(dòng)態(tài)地調(diào)整從云服務(wù)提供商租用的計(jì)算資源。與傳統(tǒng)方法相比，云計(jì)算模式為VSP 消除了購買和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的成本。通常，VSP需租用地理分布的數(shù)據(jù)中心以滿足不同地區(qū) 的用戶需求。因此，VSP需將用戶請(qǐng)求動(dòng)態(tài)分配至合適的數(shù)據(jù)中心，在保證用戶滿意的體驗(yàn) 質(zhì)量（Quality of Experience，QoE)的同時(shí)盡量減少租用虛擬機(jī)（VM，Virtual Machine) 的成本，以保持其在市場上的競爭優(yōu)勢(shì)。。
[0004] 然而，對(duì)于VSP來說，在向用戶提供適當(dāng)?shù)腝oE水平前提下，動(dòng)態(tài)地分配用戶請(qǐng)求 至數(shù)據(jù)中心并最小化資源租賃成本是具有挑戰(zhàn)性的。首先，用戶的請(qǐng)求到達(dá)率是動(dòng)態(tài)的，并 且突發(fā)性聚集請(qǐng)求是不可預(yù)測的。并且由于這些請(qǐng)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(jì)算資源租用花費(fèi)與 用戶QoE之間進(jìn)行權(quán)衡本身就是一困難的決策問題。例如，更高QoE可能使得VSP在短期 內(nèi)花費(fèi)更多，但是在長期來看卻有利于增加其利潤。再者，單個(gè)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(gè)云服務(wù)提供商 (Cloud Service Provider，CSP)的地理分布的數(shù)據(jù)中心來向用戶提供滿意的QoE。然而不 同CSP之間的不同價(jià)格以及不同時(shí)段的價(jià)格變化更加劇了用戶請(qǐng)求分配問題的復(fù)雜性。 [0005]雖然已有一些請(qǐng)求調(diào)度相關(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(gè)CSP服務(wù)所有用戶等等。然而，實(shí)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有請(qǐng)求分配技術(shù)對(duì)云視頻服務(wù)模型實(shí)際情況考慮不足的問題，目前尚缺乏 有效的應(yīng)對(duì)策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有請(qǐng)求分配技術(shù)對(duì)云視頻服務(wù)模型實(shí)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(qǐng)求分配方法，建模時(shí)考慮實(shí)際情況，使之能夠在實(shí)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(gè)方面，提供了一種面向云視頻服務(wù)的請(qǐng)求分配方法，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(fèi)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(fèi)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請(qǐng)求分配有關(guān)的部分并計(jì)算出請(qǐng)求分配 方案。
[0014]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。
[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(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)。
[0016]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量方法來描述體驗(yàn)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(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)請(qǐng)求分配至某數(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)請(qǐng)求分配至該數(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。
[0018]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、確保分配的虛 擬機(jī)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(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。
[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(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：
[0020] 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；
[0021] 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)中心用戶體驗(yàn)質(zhì)量水平的變化情況；
[0022] 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)；
[0023] 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)；
[0024] 計(jì)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請(qǐng)求分配有關(guān)的部分并計(jì)算出請(qǐng)求 分配方案，為從位移-懲罰函數(shù)中提取出請(qǐng)求分配有關(guān)的部分并計(jì)算最小權(quán)重問題獲得某 時(shí)刻某用戶的某類服務(wù)請(qǐng)求分配至某數(shù)據(jù)中心的數(shù)量數(shù)組，某時(shí)刻某用戶的某類服務(wù)請(qǐng)求 分配至某數(shù)據(jù)中心的數(shù)量數(shù)組即為請(qǐng)求分配方案。
[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(jì)算云視頻服務(wù)系統(tǒng)的最小 花費(fèi)函數(shù)與優(yōu)化約束并將最小花費(fèi)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(jì)算請(qǐng)求分配方案的技術(shù)手段，考慮了動(dòng)態(tài)到達(dá)的請(qǐng)求、不同QoE要求、多個(gè) CSP同時(shí)服務(wù)等實(shí)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(shí)際應(yīng) 用價(jià)值。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)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(shí)施例，對(duì)于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(shí)施例的一種面向云視頻服務(wù)的請(qǐng)求分配方法的流程圖；
[0029] 圖2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，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；
[0030] 圖3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，Youtube歷 史數(shù)據(jù)、WoWAH數(shù)據(jù)集、隨機(jī)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(shí)施例的一種面向云視頻服務(wù)的請(qǐng)求分配方法中，每個(gè)時(shí)隙系 統(tǒng)產(chǎn)生的花費(fèi)變化情況與每類VM的花費(fèi)比例隨時(shí)隙的變化情況折線圖；
[0032] 圖5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，參數(shù)V對(duì)花 費(fèi)與QoE的影響折線圖；
[0033] 圖6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，參數(shù)m對(duì)花 費(fèi)與QoE的影響折線圖；
[0034] 圖7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，不同容忍 延遲設(shè)置下，不同服務(wù)隨時(shí)間變化的花費(fèi)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