一种多版本视频点播流媒体服务器集群资源预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于视频点播技术领域，设及到视频点播、流媒体服务器、资源预测，特别 设及一种多版本视频点播流媒体服务器集群资源预测方法。
【背景技术】
[0002] 随着WIFI、3G、4G乃至LTE无线通信技术W及各种移动智能终端的迅猛发展，用户 可W在各种移动设备上随时随地访问多媒体视频资源，为了应对移动终端类型的多样性W 及异构的网络接入方式，多版本视频点播应运而生。目前关于多版本视频点播的研究，主要 有：1)可分级视频编码技术；2)实时视频转码；3)多版本视频存储。然而将所有的版本预 先存储好，需要巨大的存储资源，W及版本的不可预测性，提前准备好所有视频版本是不现 实的；将部分点播热度较高的版本提前存储，其他非热口的视频版本在用户点播时实时转 码进行服务成为实现多版本视频点播服务优秀的解决方案，只存储部分热口版本节省存储 空间，而只有非热口视频版本需要依靠实时转码提供服务，降低系统整体的计算资源消耗 量，提出了部分存储部分实时转码的多版本视频点播实现方案。为了支持基于部分存储部 分实时转码的多版本视频点播服务，在节省存储空间的同时，视频服务商需要提供必要的 计算资源和带宽资源来满足服务。而为该服务分配的计算资源和带宽资源量的多少将决定 用户体验的好坏。
[0003] 云计算技术的出现，将巨大的资源共享起来，视频服务商可W租用任意大小的资 源量来提供服务，但是如果分配的资源量过大则会造成资源浪费，租用成本过高；如果分配 的资源量过小，则会影响用户体验。一个合理有效的资源分配方案才能使资源在得到最优 利用的同时保证用户体验。因此，面向多版本视频点播的流媒体服务器集群资源预测方法 研究就显得非常重要。
[0004]申请人经过查新，检索到W下几篇与本发明专利相关且属于流媒体服务器领域的 专利，它们分别是：
[0005] 1.中国专利2014102090394,基于众核处理器且带多码率转码功能的流媒体服务 器；
[0006] 2.中国专利2013104727063,基于多服务器的流媒体传输装置和流媒体传输方 法；
[0007] 3.中国专利2013103650806, 一种流媒体服务器集群负载均衡系统及均衡方法
[0008] 在上述专利1中，发明人提供一种基于众核处理器且带多码率转码功能的流媒体 服务器方法；在上述专利2中，发明人提供一种基于多服务器的流媒体传输装置和流媒体 传输方法；在上述专利3中，发明人公开了一种流媒体服务器集群负载均衡系统。
[0009] 上述相关发明专利都没有考虑VOD应用负载高度的动态性W及用户请求随机到 达性使得所需的服务器集群资源动态变化情况，因而产生面向多版本视频点播的流媒体服 务器集群资源预测方法，来提升用户体验。
【发明内容】
[0010] 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多版本视频点播流媒 体服务器集群资源预测方法，W保证用户体验和提高集群资源利用率。
[0011] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0012] 一种多版本视频点播流媒体服务器集群资源预测方法，包括：
[0013] 通过分析用户历史视频点播行为日志，挖掘用户视频点播行为特征和规律，建立 用户视频点播行为模型；
[0014] 根据用户视频点播行为模型，采用排队论理论构建多版本视频点播中流媒体服务 器集群资源预测模型，计算出流媒体服务器集群所需要的资源量，从而达到保证用户体验 和提高集群资源利用率的目的。
[0015] 所述用户视频点播行为模型的建立步骤如下：
[0016]Stepl:视频点播行为日志预处理，删除原始点播行为日志数据中大量的冗余信息 和不完整记录；
[0017]Step2:对视频点播行为日志进行统计，将1分钟作为单位时间，计算单位时间用 户请求到达数，统计到达数次数的概率，得到用户视频点播请求到达率；
[0018]Step3:对视频点播日志进行统计，统计每个视频被点播的次数及所有视频被点播 的次数，得到视频点播热度分布；
[0019]Step4:对视频点播日志进行统计，统计每个视频被点播的次数和该视频的每个版 本被点播的次数，得到相同视频不同版本间的点播热度分布；
[0020] steps:分别统计不同视频被点播的时长，得到平均请求服务时长；
[0021]Step6:根据每个视频的每个版本的点播概率W及相应的视频码率即可得到一个 点播请求所需占用的平均带宽资源期望值；记录版本之间转码时CPU的利用率，得到不同 版本之间的转码权重，从而得到单位CPU能够同时并发执行的转码任务数的期望值。
[0022] 所述用户视频点播请求到达率的计算步骤如下：
[0023]Stepl:抽取每一条视频点播日志记录中的日期与时间项，一条记录表示一次访 问；
[0024]St巧2:数组C[24] [60]表示1分钟内用户请求到达的次数，扫描所有日志记录，计 算其对应于哪个时间间隔，将次数C[i] [j]+l;
[002引 Step3:统计用户请求到达数C[i][j]为k的情况出现的次数，用A(k)表示；
[0026]St巧4:计算出现次数A(k)所占的概率。
[0027] 所述一个视频点播请求所需占用的平均带宽资源期望值表示为R= 其 中P,为第i个视频的第j个版本的点播概率，r1,,为其码率，版本i转到版本j的转码权 重用Wi, j表示，版本之间转码时CPU的利用率U=Xp单位CPU能够同时并发执行的 转码任务数的期望值V= 1/U。
[0028] 所述流媒体服务器集群所需要的资源量的计算步骤如下：
[0029]Stepl:若用户请求平均到达率为A，到达的请求中，需要实时转码的请求数占的 比例为S，集群服务率的期望值为y，平均请求服务时长是平均值为1/y的一般分布，一个 点播请求所需占用的平均带宽资源期望值为R，单位CPU能够同时开启的转码任务数期望 值为V，用户平均等待时长为T，最大用户等待时长为ART;
[0030]Step2:由排队论模型可知，请求需要等待的概率为
.，队 列中正在等待的请求平均个数为
*&，其中P=入/ny,护鳴= 为服务器并行服务能力，ti，为用户点播第i个视频的第j个版本的时长，P1,为点播到该视 频版本的概率，队列中的平均等待时长T为T=Ng/A;
[0031]St巧3:为了满足用户平均等待时长T不超过ART,即T《ART,采用逐步逼近法拟 合求解所需的服务器并行流化服务能力ni和并行转码能力n2;
[0032]St巧4:计算所需的带宽资源为B=Hi'R，所需的转码计算资源即CPU核数为C= nyVo
[0033] 所述逐步逼近法步骤如下：
[0034] 首先，设n=1，并依此幕次增加，直至当n=2k时，计算此时的平均等待时长T， 满足T《ART;
[0035]其次，在nG巧ki, 2k]区间内，进行折半查找，直至求出当n=n"pt时，平均等待时 长T最接近或等于ART,则n^t即为要求解的近似最优值。
[0036]与现有技术相比，本发明的有益效果是：可W根据用户视频点播行为实现了集群 资源的合理配置，从而保证用户体验和提高集群资源利用率。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明多版本视频点播流媒体服务器集群资源预测方法流程图。
[0038] 图2为统计的用户视频点播请求到达率分布图。
[0039] 图3为统计的视频点播热度分布图。
[0040]图4为统计的时长统计分布图，其中实线表示移动端，虚线表示PC端。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0042] 如附图1所示，本发明为一种多版本视频点播流媒体服务器集群资源预测方法， 通过分析用户历史视频点播行为日志，挖掘用户视频点播行为特征和规律，建立用户视频 点播行为模型；根据用户视频点播行为模型，采用排队论理论构建多版本视频点播中流媒 体服务器集群资源预测模型，计算出流媒体服务器集群所需要的资源量，从而达到保证用 户体验和提高集群资源利用率的目的。
[0043] 下面对本发明的技术方案进行详细说明。
[0044]1、用户视频点播请求到达率
[0045] 用户视频点播请求到达率是指单位时间内用户请求到达的个数。选取若干天的点 播日志进行统计，将1分钟作为单位时间，计算单位时间用户请求到达数，统计到达数次数 的概率。计算步骤如下：
[0046]St巧1:抽取每一条视频点播日志记录中的日期与时间项，一条记录表示一次访 问；
[0047]St巧2:数组C[24] [60]表示1分钟内用户请求到达的次数，扫描所有日志记录，计 算其对应于哪个时间间隔，将次数C[i] [j]+l;
[004引 St巧3:统计用户请求到达数C[i][j]为k的情况出现的次数