一种云环境视频直播服务的请求路由方法
【专利摘要】一种云环境视频直播服务的请求路由方法，采集云计算系统中各个数据中心的状态信息，并计算数据中心的服务器CPU负载；然后建立请求路由的效用函数以及约束条件，并建立请求路由优化问题；再根据历史数据，估计用户数量参数，并划分区间；最终应用动态请求路由算法，计算得到各个阶段的请求路由策略，本发明可根据云计算视频直播系统的当前状态以及对用户数量的估计，运用所提出的动态请求路由算法，得到最优的请求路由策略，可有效提高云提供商所得利润，提高资源利用率。
【专利说明】一种云环境视频直播服务的请求路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于互联网中的云计算视频直播系统资源分配领域，特别涉及一种云环境 视频直播服务的请求路由方法。
【背景技术】
[0002] 随着核心网络与用户接入网络速度的迅速提高，实时流媒体已经变成了在线大规 模视频直播的主要手段之一。云计算环境可为实时流媒体直播提供平台，具有较强的适应 性与可扩展性。
[0003] 云环境中的数据中心通常分布在一片较大的地理区域内。终端用户可从各个数据 中心中获取实时流媒体数据，而不是直接从源服务器中获取数据。这种方式可以有效的避 免网络拥塞与源服务器过载。
[0004] 在基于云环境的实时流媒体直播系统中，英特网内容提供商（ICPs, Internet Content Providers)将实时视频进行采集、编码、与压缩等处理，并将视频流媒体数据传输 给核心服务器（core server)。核心服务器再通过云提供商的覆盖网络（该覆盖网络既可 以是专用线路，也可以是公共线路）将这些数据分发到各个地区的数据中心中。来自不同 地区的终端用户向云提供商发起视频请求，并通过请求路由（RR, Request Routing)技术被 重定向到某个边缘服务器中。
[0005] 云服务提供商所面对的一个核心问题，是如何设计合理的请求路由策略，以使得 其能够获得尽可能高的经济利益，并在此同时保证系统性能较好。在传统基于Web的应用 中已经存在一些请求路由策略，这些策略有很多都具有动态性（称为自适应的请求路由策 略），因为动态的请求路由策略可以更合理的利用有限的资源。但是，这些基于Web的动态 请求路由策略无法直接移植到视频流媒体直播环境。究其原因，在于：（1)在视频直播应用 中，终端用户在系统的驻留时间比在传统Web应用中的驻留时间长的多，通常是几个量级 的差距。在整个观看过程中，终端用户都要占据着服务器资源与网络资源。（2) -旦终端用 户开始从某个数据中心接收数据，该终端用户就不能被随意的重定向到其它数据中心，因 为这个过程通常会导致视频播放的中断，进而影响用户体验。
[0006] 另一方面，非自适应请求路由策略（又称为静态路由请求策略）也具有较大局限 性。因为静态请求策略必须考虑到系统的"最差情形"。但是，"最差情形"并不一定会经常 出现，而"最差情形"下的最优静态路由请求策略，在"通常情形"中的实际性能可能会有下 降，即它不是"通常情形"下的最优策略。
【发明内容】
[0007] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种云环境视频直播服务 的请求路由方法，可应用于基于云平台的大型分布式视频直播系统中，有效降低云运营商 的运营成本，提高资源利用率。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0009] -种云环境视频直播服务的请求路由方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤（1)，采集云计算系统中各个数据中心的状态信息，并计算数据中心的服务器 (PU负载；
[0011] 步骤（2)，建立请求路由的效用函数以及约束条件，并建立请求路由优化问题；
[0012] 步骤（3)，根据历史数据，估计用户数量参数，并划分区间；
[0013] 步骤（4)，应用动态请求路由算法，计算得到各个阶段的请求路由策略。
[0014] 所述步骤⑴中状态信息包括：
[0015] 地区i终端用户所占总用户数量的比例ft;
[0016] 数据中心j的背景负载λ J ;
[0017] 数据中心j当前可用网络带宽能支持的用户数;
[0018] 数据中心j当前正在使用视频服务的终端用户数量Xj ;
[0019] 所述数据中心的服务器CPU负载计算公式为：
【权利要求】
1. 一种云环境视频直播服务的请求路由方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤（1)，采集云计算系统中各个数据中心的状态信息，并计算数据中心的服务器CPU负载； 步骤（2)，建立请求路由的效用函数以及约束条件，并建立请求路由优化问题； 步骤（3)，根据历史数据，估计用户数量参数，并划分区间； 步骤（4)，应用动态请求路由算法，计算得到各个阶段的请求路由策略。
2. 根据权利要求1所述云环境视频直播服务的请求路由方法，其特征在于，所述步骤 (1) 中状态信息包括： 地区i终端用户所占总用户数量的比例ft. 数据中心j的背景负载入j; 数据中心j当前可用网络带宽能支持的用户数Bj ;
数据中心j当前正在使用视频服务的终端用户救暑Y. ? 所述数据中心的服务器CPU负载计算公式为： ； 其中，j表示数据中心编号，U表示数据中心j的服务器CPU负载，、表示每个用户 所占用的CPU的量。
3. 根据权利要求2所述云环境视频直播服务的请求路由方法，其特征在于，所述步骤 (2) 中效用函数为
'所述约束条件包括服务能力约束、带宽约束以 及流量守恒约束， 在服务能力约束条件下，
在带宽约束条件下，
在流量守恒约束约束条件下：
请求路由优化问题
其中，N为终端用户总数，fu为请求路由策略，即地区i的用户有& %被数据中心j服 务，n(dj为当i地区的用户被数据中心j服务且延迟为屯时的收入，&为地区j单位网 络带宽的租用成本，为一事先规定的阈值，彡1。
4. 根据权利要求3所述云环境视频直播服务的请求路由方法，其特征在于，所 述延迮
，其中Dij为网络延迟，Sj为数据中心j中的服务器响应延迟，
，gj(X)为服务器在负载为X下的响应时间函数，由排队论相关结 论得出。
5. 根据权利要求3所述云环境视频直播服务的请求路由方法，其特征在于，所述步骤 ⑶中用户数量参数为NuNh, #,且$#，其中，区间[NuNh]是正常区间，即以前 各次类似视频流媒体直播的终端用户总数都在该区间范围内，#是"最差"情形，是系统管 理员所给出的用户总数上界的估计；将区间PVi,分割为n-1个阶段：
曰
s
6. 根据权利要求4或5所述云环境视频直播服务的请求路由方法，其特征在于，所述步 骤（4)中动态请求路由算法如下： 对于第一个阶段P1，根据该阶段内用户的数量N以及当前所拥有的资源数量（包括 入」与Bj，分别为可用的CPU利用率与网络带宽），通过请求路由优化问题（即步骤3中的 RRS(N，AjlBj))计算得到阶段PJA请求路由策略Aj(P1)15而后，计算得到请求路由策略 Aj(P1)所消耗的资源量（表示为，分另Ij为消耗的CPU利用率与网络带宽），并利用 以下公式
计算应用请求路由策略L(P1)后所剩余的资源数量。此后，不断重复上述步骤，直至 计算得到最后一个阶段的请求路由策略t(Plri)。
【文档编号】H04N21/63GK104244020SQ201410488275
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】万剑雄 申请人:内蒙古工业大学