基于cdn和数据中心动态选择的互联网内容分发方法
【专利摘要】本发明提供给的基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，包括步骤：入口服务器对用户动态数据请求，通过动态选择的互联网内容分发方法，执行选择过程，选择由哪一个内容分发网络CDN来接受用户服务请求、以及由哪一个数据中心提供数据。用户的请求被重定向到被选择的内容分发网络的一个副本服务器上，通过选择过程，选择一个分布式的数据中心，用来返回动态数据到被选择的内容分发网络上离用户最近的副本服务器上，被选择的副本服务器返回静态数据和动态数据给用户。本发明通过综合网络、CDN、数据中心的约束条件，求解混合整数线性规划，用以得到这三者间费用最优的数据流。动态数据处理的费用较传统方法平均降低10%以上。
【专利说明】基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内容分发网络，具体地，涉及基于⑶N和数据中心动态选择的互联网内容分发方法。
【背景技术】
[0002]内容分发网络(Content Distributed Network, Q)N),是通过在网络各处放置副本服务器，作为用户和源服务器之间增加的Cache层，将用户的请求引导到Cache上获得源服务器的数据，从而使用户可就近取得所需内容，解决Internet网络拥挤的状况，提高用户访问网站的响应速度。其中，源服务器中数据存放在分布式的数据中心中，同时，用户访问的数据可能在不同服务器或数据中心中有多份拷贝。
[0003]用户访问的数据主要涉及动态数据和静态数据，其中，CDN中进行缓存的主要为静态数据，用户在进行静态数据访问时，在数据不过期时CDN可以直接通过副本服务器向用户返回缓存的内容。而动态数据的获得仍然需要CDN向源服务器进行请求，通过可以获得该数据的数据中心，向用户返回该数据。
[0004]当前，各个⑶N提供商有着不同的计价标准。同时，每个⑶N会将自己用户组按照不同的地理范围划分为不同的区域，不同区域间实行不同的计价标准，一般是按照使用的流量收费，也有个别CDN是按照网络访问次数收费或两者兼用。另外，用户较多使用CDN也会有费用上的优惠，即用户使用流量较多时，CDN提供商将会降低用户每单位流量的费用。
[0005]对于在内容分发网络中产生的费用，主要包含两个方面:
[0006]I)用户使用⑶N的费用。
[0007]2)数据中心的电价。
[0008]在当前的研究中，学者们一直非常关心如何降低数据中心的电价，以及如何降低用户使用CDN的费用
[0009]在降低数据中心的电价方面，主要有以下几种方法:
[0010]I)数据中心内部
[0011]数据中心内部降低电价的方式有:动态地关闭暂时不使用的服务器；合理使用数据中心内的降温系统等。
[0012]2)多数据中心间
[0013]由于数据中心是分布式的，在不同地区，单位电能的电价可能不一样。同时，由于在一部分国家地区由于智能电网的作用，产生了实时电价，即同一地区不同时间的电价也可能不同。由于电价的差别，将数据分配给不同数据中心处理，将会使总电价降低。
[0014]目前的⑶N分配策略，主要是将用户的请求数据分配到距离最近的⑶N中。对用户使用CDN费用降低的方法主要为:在满足用户延时和负载限制的情况下，将用户的请求数据分配到用户可以访问的⑶N中费用最低的⑶N上。
[0015]虽然当前有各种各样的方法来降低数据中心中的电价或用户使用CDN的费用，但并没有一种方法将其综合考虑。即在当前的方法中，数据中心电价降低的方法有可能导致CDN费用的上涨，CDN费用降低的方法也可能导致数据中心电价的上涨，使在内容分发网络中产生的总费用增加或降低较少。因此，需要提供一种综合降低数据中心中电价及用户使用CDN费用的方法，以优化内容分发网络中产生的总费用。
【发明内容】
[0016]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法。本发明主要涉及三个发明点=COMIC框架，基于费用的cost-aware算法，cost-aware算法的辅助算法。其中COMIC框架主要用以描述用户向⑶N请求数据时用户、CDN、数据中心间的相互联系及数据传输，是一种新型的用户、CDN、数据中心间的数据传输架构，用以支持我们设计的基于费用的cost-aware算法。基于费用的cost-aware算法，主要用以降低数据中心中电价及用户使用⑶N的费用的总费用。cost-aware算法的辅助算法，用以减少在cost-aware算法中涉及到的变量个数,提高算法效率。
[0017]根据本发明提供的基于⑶N和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，包括如下步骤:
[0018]步骤1:入口服务器接收用户对于数据的请求；
[0019]步骤2:入口服务器对用户对于数据的请求进行辨识，辨识为动态数据请求或者静态数据请求；对于动态数据请求，由入口服务器执行选择过程，其中，所述选择过程为:选择由哪一个内容分发网络CDN来接受用户服务请求、以及由哪一个数据中心提供数据；
[0020]步骤3:入口服务器返回基本的索引页给用户；
[0021]步骤4:通过选择 过程，选择一个合适的内容分发网络CDN作为被选择的内容分发网络；
[0022]步骤5:用户的请求被重定向到所述被选择的内容分发网络上；
[0023]步骤6:用户的请求被重定向到被选择的内容分发网络的一个副本服务器上；
[0024]步骤7:通过选择过程，选择一个分布式的数据中心，用来返回动态数据到被选择的内容分发网络上离用户最近的副本服务器上；
[0025]步骤8:被选择的所述最近的副本服务器返回静态数据和动态数据给用户。
[0026]优选地，所述选择过程具体包括如下步骤:
[0027]步骤Al:利用输入的网络拓扑结构中集合CNj、和集合NDk，计算出待求集合⑶」，其中:
[0028]集合CNj为内容分发网络Cj能够相连的数据中心nk的集合，Cj表示编号为j的内容分发网络，nk表示编号为k的数据中心；
[0029]集合NDk为数据中心nk能够处理的数据类型(I111的集合，dm表示编号为m的数据类型；
[0030]集合⑶」为内容分发网络Cj能够处理的数据类型Clni的集合；
[0031]步骤A2，利用用户组集合Us、集合UC1'集合⑶P求出对任意U1 e Us, Cj e UC1, dm e CDj的组合，作为^u1, Cj, dm)的非零变量，其中，集合UC1为所在地理位置为I的用户组^能够相连的内容分发网络Cj的集合，fu。(U1, Cj, dm)为用户U1向内容分发网络Cj对数据类型Cl111的请求数；
[0032]步骤A3，利用内容分发网络的集合Cs、集合CNj、集合⑶」，求出对任意Cj e Cs, nk e CNj, dm e NDk 的组合，作为 fcd(Cj, nk, dm)的非零变量，其中，fcd(Cj，nk, dm)为内容分发网络h向数据中心nk对数据类型Clni的请求数。
[0033]优选地，所述选择过程具体还包括如下步骤:
[0034]步骤B1:根据数据中心所在位置的实时电价、数据类型的特性、内容分发网络的计费函数，使用MATLAB的工具箱YALMIP进行混合整数线性规划求解，得到相应的fuc (?, Cj, dm)和 fcd (Cj, nk, dm)；
[0035]步骤B2:利用得到的fu。(U1, Cj, dm)和fed (Cj, nk, dm)，判断来自地理位置为I的用户组U1关于数据类型Cl111的请求由哪个内容分发网络Cj处理和哪个数据中心nk处理。
[0036]优选地，所述数据类型的特性，包括:一个处理器可以同时处理数据的个数、处理一个数据类型的数据的平均耗电量、每种数据类型的平均大小。
[0037]优选地，在步骤BI中，所述混合整数线性规划求解，在待求的线性规划中，解向量中的参数中被约束全为整数，或部分为整数，以满足具体情况下的需求。
[0038]优选地，在步骤B2中，所述的判断来自地理位置为I的用户组!^关于数据类型dm的请求由哪个内容分发网络Cj处理和哪个数据中心nk处理，具体为:
[0039](I)对任意的U1，根据相应的fue(Ul，Cj, dm)，判断出该用户U1关于数据类型dm向内容分发网络Cj发送了多少请求；通过遍历所有的内容分发网络Cj,确定对于用户组!^关于数据类型dm的请求由哪个或哪些内容分发网络Cj处理；
[0040](2)对任意的Cj，根据相应的f；d (Cj, nk, dm)，判断出该内容分发网络Cj关于数据类型dm向相应的数据中心nk发送了多少请求；对相应的用户U1，计算
【权利要求】
1.一种基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:入口服务器接收用户对于数据的请求； 步骤2:入口服务器对用户对于数据的请求进行辨识，辨识为动态数据请求或者静态数据请求；对于动态数据请求，由入口服务器执行选择过程，其中，所述选择过程为:选择由哪一个内容分发网络CDN来接受用户服务请求、以及由哪一个数据中心提供数据； 步骤3:入口服务器返回基本的索引页给用户； 步骤4:通过选择过程，选择一个合适的内容分发网络CDN作为被选择的内容分发网络； 步骤5:用户的请求被重定向到所述被选择的内容分发网络上； 步骤6:用户的请求被重定向到被选择的内容分发网络的一个副本服务器上； 步骤7:通过选择过程，选择一个分布式的数据中心，用来返回动态数据到被选择的内容分发网络上离用户最近的副本服务器上； 步骤8:被选择的所述最 近的副本服务器返回静态数据和动态数据给用户。
2.根据权利要求1所述的基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，其特征在于，所述选择过程具体包括如下步骤: 步骤Al:利用输入的网络拓扑结构中集合CNj、和集合NDk，计算出待求集合CD」，其中:集合为内容分发网络&能够相连的数据中心nk的集合，(^表示编号为j的内容分发网络，nk表示编号为k的数据中心； 集合NDk为数据中心nk能够处理的数据类型Clni的集合，dm表示编号为m的数据类型； 集合CDj为内容分发网络Cj能够处理的数据类型Clni的集合； 步骤A2，利用用户组集合Us、集合UC1、集合⑶P求出对任意U1 e Us, Cj e UC1, dm e⑶』的组合，作为TuJii1, Cj, dm)的非零变量，其中，集合UC1为所在地理位置为I的用户组U1能够相连的内容分发网络Cj的集合，fuc (U1, Cj, dm)为用户U1向内容分发网络Cj对数据类型dm的请求数； 步骤A3，利用内容分发网络的集合Cs、集合CNj、集合⑶」，求出对任意Cj e Cs, nk e CNj, dm e NDk 的组合，作为 fcd(Cj, nk, dm)的非零变量，其中，fcd(Cj，nk, dm)为内容分发网络h向数据中心nk对数据类型Clni的请求数。
3.根据权利要求2所述的基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，其特征在于，所述选择过程具体还包括如下步骤: 步骤B1:根据数据中心所在位置的实时电价、数据类型的特性、内容分发网络的计费函数，使用MATLAB的工具箱YALMIP进行混合整数线性规划求解，得到相应的fue(Ul，Cj, dm)和 fcd(Cj，nk，dj ； 步骤B2:利用得到的Cj, dm)和f；d(Cj，nk, dm)，判断来自地理位置为I的用户组U1关于数据类型Clni的请求由哪个内容分发网络Cj处理和哪个数据中心nk处理。
4.根据权利要求3所述的基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，其特征在于，所述数据类型的特性，包括:一个处理器可以同时处理数据的个数、处理一个数据类型的数据的平均耗电量、每种数据类型的平均大小。
5.根据权利要求3所述的基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，其特征在于，在步骤BI中，所述混合整数线性规划求解，在待求的线性规划中，解向量中的参数中被约束全为整数，或部分为整数，以满足具体情况下的需求。
6.根据权利要求3所述的基于CDN和数据中心动态选择的互联网内容分发方法，其特征在于，在步骤B2中，所述的判断来自地理位置为I的用户组U1关于数据类型dm的请求由哪个内容分发网络Cj处理和哪个数据中心nk处理，具体为： (1)对任意的U1，根据相应的fuc;(Ul，Cj,dm)，判断出该用户U1关于数据类型dm向内容分发网络Cj发送了多少请求；通过遍历所有的内容分发网络Cj，确定对于用户组!^关于数据类型dm的请求由哪个或哪些内容分发网络Cj处理； (2)对任意的Cj，根据相应的f；d(Cj，nk,dm)，判断出该内容分发网络Cj关于数据类型dm向相应的数据中心nk发送了多少请求；对相应的用户U1，计算
【文档编号】H04L12/14GK103701619SQ201310501145
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】姚建国, 周海航 申请人:上海交通大学