一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及计算机网络技术领域，更具体地，涉及一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，包括以下步骤：S1.建立基于SDN的多媒体业务QoE资源分配模型，包括任务模型和网络模型；S2.建立网络总体效用函数，整体效用函数包括执行任务λ∈T的节点和i∈Z的收益和成本，目标函数定义为：

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法
本专利技术涉及计算机网络
，更具体地，涉及一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法。
技术介绍
软件定义网络实现了控制面与数据平面分离，这使得网络资源管理在网络服务的设计，交付和运营方面更容易，可扩展，灵活和动态。因此，可以实现网络资源分配的自动化，可编程性和智能的网络控制，进而实现灵活、可扩展的网络。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，设计了基于SDN的多媒体业务QoE资源分配的任务模型、网络模型；然后，在此基础上设计了网络整体QoE效用函数，进而提出了资源分配方法，通过对多种影响因素的度量，设计方法实现多种网络资源的合作，进而提高整体的QoE。为解决上述问题，本专利技术提供的技术方案为：一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其中，包括以下步骤：S1.建立基于SDN的多媒体业务QoE资源分配模型，包括任务模型和网络模型；S2.建立网络总体效用函数，整体效用函数包括执行任务λ∈T的节点和i∈Z的收益和成本，目标函数定义为：式中，α，β是加权因子，xiλ表示对应于任务λ的节点i的当前状态的布尔值，biλ为执行任务的收益，ciλ是指运行任务λ的节点i的成本；S3.基于S1步骤建立的分配模型，利用S2步骤目标函数对网络资源进行分配。进一步地，所述的任务模型为将一个服务分解成一组任务，并描述为任务的定向非循环图DAG，表示为：Gt＝(T,Et)，T＝{1,2,...,Δ}代表一系列任务，Et＝(evw)是一组边，每个边evw表示从任务v到任务w的单向数据传输；所述的网络模型为DAGGz＝(Z,Ez)，顶点Z＝(1,...,i,...,N)表示节点，链接Ez＝(eij)表示边，DAG的每个节点是基于虚拟网络功能NFV的网络元件NE。进一步地，所述的S2步骤中ciλ被定义为CPU和存储器的资源消耗的成本，其计算方法为：式中，γ，δ是与节点i相关的比例因子，为根据节点i中的特定任务所需的CPU和存储器来加权成本。进一步地，所述的S2步骤中biλ被定义为在节点i运行任务λ的执行益处，采用如下模型将QoS参数映射到视频流服务的QoE度量，该模型由归一化的QoS值即QoS(C)导出，公式如下：式中，A是与标准清晰度SD、A＝120或高清HD、A＝240的视频分辨率等级有关的常数，R是根据图像组GoP长度反映视频帧的结构的常数；Qr是确定视频流服务的总体QoE的常数因子。进一步地，所述的归一化的QoS值的计算公式为：QoS(C)＝PL*WPL+PJ*WPJ+PD*WPD+BW*WBW；式中，PL为分组丢包，PJ为分组抖动，PD为分组延迟，BW为带宽，WPL为分组丢包的权重，WPJ为分组抖动的权重，WPD为分组延迟的权重，WBW为带宽的权重。进一步地，包括以下限制条件：每个任务λ必须在至少一个节点上执行，即：每个节点一次只能执行一个任务，即：如果节点i正在执行任务λ，则要执行下一个任务λ+1的节点j必须与节点i有eij＝1的关系，即：对于节点i∈Z，将可用资源集合定义为Available＝{CPU，内存，...}，对于任务λ∈T，定义一组必需的资源为Requiredλ＝{CPUλ，Memoryλ，...}；每个网络元素具有特定的可用资源，每个任务需要特定的资源量，因此，每个网络元素的可用资源不能小于所需的资源量：进一步地，所述的S3步骤网络资源分配方法包括以下步骤：S31.基于网络拓扑，将每个媒体服务器的视频传送给每个客户端的所有路径，并创建一个列表；S32.基于所提出的网络模型和任务模型以及S31步骤中创建的列表，创建一个考虑到所有约束的所有可能路径的新列表，每个路径从“视频服务器”节点开始，以“客户端”节点结尾，并且包括执行所有任务的节点；S33.对于每个路径，计算路径的QoS(C)值：QoS(C)＝PL*WPL+PJ*WPJ+PD*WPD+BW*WBW；S34.对于每个路径，然后下式计算“路径的收益”biλ：S35.对于每个路径，根据下式计算“路径成本”ciλ：S36.使用S34步骤和S35步骤的计算结果，来计算unet：S37.通过使用具有最高unet值的路径将视频传递给客户端。与现有技术相比，有益效果是：本专利技术提供的一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，设计了基于SDN的多媒体业务QoE资源分配的任务模型、网络模型；然后，在此基础上设计了网络整体QoE效用函数，进而提出了资源分配方法；以QoE为中心的流量控制和路由机制旨在使多个网元能够合作测量和收集SDN网络中的QoE影响因素，通过对多种影响因素的度量，本方法实现多种网络资源的合作，进而提高整体的QoE。附图说明图1为本专利技术方法流程图。图2为本专利技术资源分配算法流程图。图3为本专利技术实施例中一般串行DAG示例图。图4为本专利技术实施例中自适应媒体流DAG示例图。图5为本专利技术实施例中网络模型示意图。图6为本专利技术实施例中网络拓扑图示意图。具体实施方式如图1所示，一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其中，包括以下步骤：步骤1.建立基于SDN的多媒体业务QoE资源分配模型，包括任务模型和网络模型；具体地，以视频流服务为例，任务模型包括四部分：缓存(原始源视频)，编码，转发(指在一个节点上运行的一个转发动作)和播放(客户端)。一个服务可以分解成一组任务描述为任务的定向非循环图(DAG)，表示为：Gt＝(T,Et)，T＝{1,2,...,Δ}代表一系列任务，Et＝(evw)是一组边，每个边evw表示从任务v到任务w的单向数据传输。图1为一般串行DAG的示例，其中每个节点表示任务。二进制向量Xi＝[xiλ]，其中，λ∈T表示可以分配给网络中的每个节点i。xiλ是表示对应于任务λ的节点i的当前状态的布尔值。当节点i执行任务λ，则xiλ＝1。如图3、图4所示，图中依次执行各个任务，以将视频从媒体服务器传送到最终用户。根据网络和应用参数，目标是通过对网络节点进行最佳任务分配来改进/优化整体QoE。另外，网络建模为DAGGz＝(Z,Ez)，顶点Z＝(1,...,i,...,N)表示节点，链接Ez＝(eij)表示边。DAG的每个节点是可以基于NFV的网络元件NE，其中每个NFV包括许多VM(例如，用于存储和网络)。图5说明了使用以下组件描述SDN/NFV概述的网络模型：(1)硬件资源：包括计算、存储和网络模块。这些是分别与CPU，内存和网络相关的物理资源。(2)虚拟化层抽象硬件资源，并将VNF(虚拟网络功能)定位到虚拟化基础设施。(3)虚拟资源由vCompute，vStorage和vNetwork模块组成。数据平面包括由SDN控制器通过使用OpenFlow协议的南联盟API控制的VNF。SDN控制器通过NorthboundAPI与管理平面中的“QoE管理应用程序”进行通信，以便监视和管理数据平面中的媒体流。如图5所示，图分为左右两个部分，左边为网络功能虚拟化的模块结构示意图，右边为实际的网络中的器件和接口，对于现实中的网络而言，二者为并列的关系。左边的模块之间关系为：底层为实际物理环境中的计算资源、网络资源、存储资源，其上为虚拟的管理模块，对底层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立基于SDN的多媒体业务QoE资源分配模型，包括任务模型和网络模型；S2.建立网络总体效用函数，整体效用函数包括执行任务λ∈T的节点和i∈Z的收益和成本，目标函数定义为：

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立基于SDN的多媒体业务QoE资源分配模型，包括任务模型和网络模型；S2.建立网络总体效用函数，整体效用函数包括执行任务λ∈T的节点和i∈Z的收益和成本，目标函数定义为：式中，unet为网络总体效用，α，β是加权因子，xiλ表示对应于任务λ的节点i的当前状态的布尔值，biλ为执行任务的收益，ciλ是指运行任务λ的节点i的成本；S3.基于S1步骤建立的分配模型，利用S2步骤的目标函数对网络资源进行分配，建立资源分配算法。2.根据权利要求1所述的一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其特征在于，所述的任务模型为将一个服务分解成一组任务，并描述为任务的定向非循环图DAG，表示为：Gt＝(T,Et)，T＝{1,2,...,Δ}代表一系列任务，Et＝(evw)是一组边，每个边evw表示从任务v到任务w的单向数据传输；所述的网络模型为DAGGz＝(Z,Ez)，顶点Z＝(1,...,i,...,N)表示节点，链接Ez＝(eij)表示边，DAG的每个节点是基于虚拟网络功能NFV的网络元件NE。3.根据权利要求2所述的一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其特征在于，所述的S2步骤中ciλ被定义为CPU和存储器的资源消耗的成本，其计算方法为：ciλ＝γi*CPUiλ+δi*Memiλ，式中，γ，δ是与节点i相关的比例因子，为根据节点i中的特定任务所需的CPU和存储器来加权成本。4.根据权利要求2所述的一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其特征在于，所述的S2步骤中biλ被定义为在节点i运行任务λ的执行益处，采用如下模型将QoS参数映射到视频流服务的QoE度量，该模型由归一化的QoS值即QoS(C)导出，公式如下：式中，A是与标准清晰度SD、A＝120或高清HD、A＝240的视频分辨率等级有关的常数，R是根据图像组GoP长度反映视频帧的结构的常数；Qr是确定视频流服务的总体QoE的常数因子。5.根据权利要求4所述的一种基于SDN的多媒体业务QoE资源分配方法，其特征在于，所述的归一化的QoS值的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏卓，施展，曾瑛，李星南，李溢杰，黄宇，朱文红，张珮明，梁文娟，蔺鹏，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，北京万可信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44