基于优先级的云视频内容分发方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于优先级的云视频内容分发方法及系统，包括以下步骤：构建加权无向连通图，生成用户请求，设置优先级，确定目标函数和约束，最终使用线性规划方法求解。上述基于优先级的视频内容分发方法，在保证用户QoS的前提下，提出了链路带宽切割的方法，确立链路优先级和用户优先级，运用多商品流模型和线性规划解决问题。最后，基于优先级的视频内容分发方法降低了CVDNS提供商的成本，提高了网络拓扑的接收率。

Priority based content distribution method and system for cloud video

The invention discloses a priority based cloud video content distribution method and system, including the following steps: constructing a weighted undirected connected graph, generating user requests, setting priorities, determining objective functions and constraints, and finally using linear programming method to solve them. The above priority based video content distribution method, based on the premise of guaranteeing user QoS, proposes a link bandwidth cut method, establishes link priority and user priority, and applies multi commodity flow model and linear programming to solve the problem. Finally, the priority based video content distribution method reduces the cost of the CVDNS provider and improves the receiving rate of the network topology.

【技术实现步骤摘要】
基于优先级的云视频内容分发方法及系统
本专利技术涉及基于优先级的云视频内容分发方法及系统。
技术介绍
内容分发网络(ContentDeliveryNetworks,CDNs)的出现缓解了网络拥塞现象的发生，CDNs提供商将服务器部署在世界各地，并将用户多次访问的内容存储在边缘服务器内。当用户发出内容请求时，会从边缘服务器获得内容而不是源服务器，减少了网络资源的利用。商业CDN在承载网络流量方面很成功，如Akamai公司，在全球部署了150万台服务器，承载了世界15％-30％的网络流量。但是随着网络技术的不断发展，网络流量的增长速度一直维持在20％以上，其中视频就要占据网络总流量的60％，传统的CDN解决方法是部署更多的边缘服务器，但这样的方法增加了CDN提供商的成本。另一方面，CDN提供商在面对网络流量高增长的同时，也要为用户提供更好的QoS和QoE。近年来，云视频分发网络(CloudVideoDeliveryNetworks,CVDNs)的出现改变了我们的生活，它结合了CDN技术和云存储技术，为用户提供高质量内容分发服务。CVDNs分发的内容是在线视频，相较于其他内容，在线视频需要低延迟和高带宽。但是传统的CVDNs却存在缺陷，首先，传统CVDNs没有考虑优先级因素。假设CVDNs存在付费用户，但是却享受与普通用户相同的优先级不能得到更好的服务，这样的方式不能吸引用户付费使用。第二，传统的CVDNs不支持路径切割，存在链路资源浪费现象，资源利用率较低。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于优先级的云视频内容分发方法，其在保证QoS的前提下，提高网络资源利用率和接收率，并可以增加提供商的收益；基于优先级的云视频内容分发方法，包括：步骤(1)：生成用于表示服务器的坐标点，将服务器互相连接形成无向连通图；服务器间连线表示链路，为每条链路设置带宽、物理距离和优先级；步骤(2)：生成用于表示用户的坐标点，生成用户请求，所述用户请求，包括：请求内容、请求的带宽、请求内容所占据存储空间的大小和用户的优先级；用户的优先级：付费用户优先级设置为高，普通用户优先级设置为低；步骤(3)：将用户总成本设置为目标函数；用户总成本包括：带宽消耗成本、存储成本和内容传输成本三部分，将三部分成本分别计算，然后求和，得到用户总成本；步骤(4)：设置约束条件；流约束、路径带宽约束和变量约束为约束条件，将内容分发问题规划为多商品流问题；流约束保证进出服务器的带宽相同；路径带宽约束保证经过当前路径的所有带宽不会超过当前路径的可用带宽；步骤(5)：使用GLPK线性规划工具对多商品流问题进行求解。所述步骤(1)中，每条链路的带宽取值在800bps-1200bps；每条链路的物理距离用坐标点间距离表示；当前服务器节点与其周围最近的服务器节点之间的链路，根据物理距离长短对链路的优先级进行分级，物理距离短的为当前服务器节点的高优先级链路，其他的为当前服务器节点的低优先级链路。所述步骤(1)：使用VisualStudio2013生成用于表示服务器的坐标点，生成加权无向连通图F＝(S,E)表示服务器网络拓扑，其中S表示服务器集合，E表示链路集合；步骤(11)：随机生成n个坐标点，表示服务器数量为n，服务器集合为S＝{s0,s1,s2…sn}，其中s0表示源服务器。每一个服务器si∈S有已存储的内容C(si)和地理位置L(si)，地理位置用坐标si(x,y)表示；步骤(12)：服务器间的链路集合用E(u,v),u,v∈S表示，服务器u与服务器v链路上的带宽用Buv,uv∈E表示；服务器u与服务器v链路上的使用权值用Wuv,uv∈E表示；服务器u与服务器v路径的物理距离用Luv,uv∈E表示。所述步骤(2)中，优先级为高的用户使用高优先级链路，带宽请求范围在600bps-800bps之间；优先级为低的用户使用低优先级链路，带宽请求范围在200bps-400bps之间；付费用户的QoS比普通用户的QoS高；所述步骤(2)：生成用户请求R；步骤(21)：随机生成m个坐标点，表示用户数量为m，用户集合为R＝{r0,r1,r2,…rm}，每个用户的坐标为ri(x,y)；步骤(22)：分别计算与每位用户最近的服务器，设置为本地服务器，用q表示本地服务器；步骤(23)：生成用户请求，包括请求的内容c，请求带宽b，请求内容所占据存储空间的大小w和用户的优先级p；用户的请求表示为ri＝{q,c,b,w,p},ri∈R；步骤(24)：依据设置的用户优先级选择的优先级链路进行视频内容分发。所述步骤(24)中视频内容分发的步骤如下：步骤(241)：首先将访问或获取视频内容的用户请求发送到本地服务器；步骤(242)：本地服务器接收用户请求并查找已缓存内容，如果已缓存内容可以满足用户请求，则将内容分发给用户；如果本地服务器已缓存内容不能满足用户请求，则本地服务器向其相邻的边缘服务器发送用户请求；步骤(243)：如果相邻的边缘服务器能够满足用户请求，则将内容分发给用户的本地服务器，再由本地服务器分发给用户；如果在这个网络拓扑中所有边缘服务器都不能满足用户请求，则将用户请求发送到源服务器，由源服务器将内容分发给用户的本地服务器再分发给用户。所述步骤(3)中：带宽消耗成本与经过链路的流量有关，P表示消耗每单位带宽的成本，fiuv表示链路E(u,v)上经过的流总量。带宽消耗的成本表示为：存储成本：假设存储每单位内容的成本为C，用户请求的视频内容大小为riw，那么存储的成本表示为：其中gi表示0-1变量，当用户的请求ri到达本地服务器riq，用户请求的内容ric在本地服务器已有缓存，满足用户请求，不会产生新的存储成本，gi的值为0，否则为1。内容传输成本：假设S表示传输每单位内容每单位距离的成本，服务器u，v之间物理距离为链路的权值为内容传输成本表示为：其中，表示0-1变量，当有流经过路径E(u,v)时，的值为1，否则为0。步骤(3)：以用户总成本为目标函数；目标函数表示为：其中α,β,γ表示参数，用以衡量三部分成本在总成本中的权重。如果CVDNs提供商注重自身成本，则α,β占比重大；如果CVDNs提供商注重用户QoS，则γ占比重大。步骤(4)：设置约束条件；步骤(41)：设置流约束条件，商品流在链路中是守恒的，除本地服务器riq和目的服务器se外，进服务器的流总量等于出服务器的流总量表示为：除此之外，出本地服务器riq和进目的服务器se的流总量等于用户请求的带宽。表示为：其中，表示出本地服务器的流量，表示进本地服务器的流量。表示出目的服务器流量，表示进目的服务器流量。步骤(42)：设置链路带宽约束，经过链路uv的所有商品流总量不会超过该链路的可用带宽Buv，表示为：步骤(43)：设置变量约束，设置为0-1变量来区别链路uv是否有商品流经过，为0时表示没有流经过该链路，置位为1表示有商品流经过链路；表示为：此外，为了保证用户请求只能被一个服务器满足，将变量表示为：其中，表示用户与服务器的链路数量。在存储成本中，0-1变量gi表示内容是否被存储，表示为：步骤(44)：设置变量取值，变量取值表示为：为了解决现有技术的不足，本专利技术还提供了另一种基于优先级的云视频内容分发本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，包括：步骤(1)：生成用于表示服务器的坐标点，将服务器互相连接形成无向连通图；服务器间连线表示链路，为每条链路设置带宽、物理距离和优先级；步骤(2)：生成用于表示用户的坐标点，生成用户请求，所述用户请求，包括：请求内容、请求的带宽、请求内容所占据存储空间的大小和用户的优先级；用户的优先级：付费用户优先级设置为高，普通用户优先级设置为低；步骤(3)：将用户总成本设置为目标函数；用户总成本包括：带宽消耗成本、存储成本和内容传输成本三部分，将三部分成本分别计算，然后求和，得到用户总成本；步骤(4)：设置约束条件；流约束、路径带宽约束和变量约束为约束条件，将内容分发问题规划为多商品流问题；流约束保证进出服务器的带宽相同；路径带宽约束保证经过当前路径的所有带宽不会超过当前路径的可用带宽；步骤(5)：使用GLPK线性规划工具对多商品流问题进行求解。

【技术特征摘要】
1.基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，包括：步骤(1)：生成用于表示服务器的坐标点，将服务器互相连接形成无向连通图；服务器间连线表示链路，为每条链路设置带宽、物理距离和优先级；步骤(2)：生成用于表示用户的坐标点，生成用户请求，所述用户请求，包括：请求内容、请求的带宽、请求内容所占据存储空间的大小和用户的优先级；用户的优先级：付费用户优先级设置为高，普通用户优先级设置为低；步骤(3)：将用户总成本设置为目标函数；用户总成本包括：带宽消耗成本、存储成本和内容传输成本三部分，将三部分成本分别计算，然后求和，得到用户总成本；步骤(4)：设置约束条件；流约束、路径带宽约束和变量约束为约束条件，将内容分发问题规划为多商品流问题；流约束保证进出服务器的带宽相同；路径带宽约束保证经过当前路径的所有带宽不会超过当前路径的可用带宽；步骤(5)：使用GLPK线性规划工具对多商品流问题进行求解。2.如权利要求1所述的基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，所述步骤(1)中，每条链路的带宽取值在800bps-1200bps；每条链路的物理距离用坐标点间距离表示；当前服务器节点与其周围最近的服务器节点之间的链路，根据物理距离长短对链路的优先级进行分级，物理距离短的为当前服务器节点的高优先级链路，其他的为当前服务器节点的低优先级链路。3.如权利要求1所述的基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，所述步骤(1)：使用VisualStudio2013生成用于表示服务器的坐标点，生成加权无向连通图F＝(S,E)表示服务器网络拓扑，其中S表示服务器集合，E表示链路集合；步骤(11)：随机生成n个坐标点，表示服务器数量为n，服务器集合为S＝{s0,s1,s2…sn}，其中s0表示源服务器；每一个服务器si∈S有已存储的内容C(si)和地理位置L(si)，地理位置用坐标si(x,y)表示；步骤(12)：服务器间的链路集合用E(u,v),u,v∈S表示，服务器u与服务器v链路上的带宽用Buv,uv∈E表示；服务器u与服务器v链路上的使用权值用Wuv,uv∈E表示；服务器u与服务器v路径的物理距离用Luv,uv∈E表示。4.如权利要求1所述的基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，所述步骤(2)中，优先级为高的用户使用高优先级链路，带宽请求范围在600bps-800bps之间；优先级为低的用户使用低优先级链路，带宽请求范围在200bps-400bps之间；付费用户的QoS比普通用户的QoS高。5.如权利要求1所述的基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，所述步骤(2)：生成用户请求R；步骤(21)：随机生成m个坐标点，表示用户数量为m，用户集合为R＝{r0,r1,r2,…rm}，每个用户的坐标为ri(x,y)；步骤(22)：分别计算与每位用户最近的服务器，设置为本地服务器，用q表示本地服务器；步骤(23)：生成用户请求，包括请求的内容c，请求带宽b，请求内容所占据存储空间的大小w和用户的优先级p；用户的请求表示为ri＝{q,c,b,w,p},ri∈R；步骤(24)：依据设置的用户优先级选择的优先级链路进行视频内容分发。6.如权利要求5所述的基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，所述步骤(24)中视频内容分发的步骤如下：步骤(241)：首先将访问或获取视频内容的用户请求发送到本地服务器；步骤(242)：本地服务器接收用户请求并查找已缓存内容，如果已缓存内容可以满足用户请求，则将内容分发给用户；如果本地服务器已缓存内容不能满足用户请求，则本地服务器向其相邻的边缘服务器发送用户请求；步骤(243)：如果相邻的边缘服务器能够满足用户请求，则将内容分发给用户的本地服务器，再由本地服务器分发给用户；如果在这个网络拓扑中所有边缘服务器都不能满足用户请求，则将用户请求发送到源服务器，由源服务器将内容分发给用户的本地服务器再分发给用户。7.如权利要求1所述的基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，所述步骤(3)中：带宽消耗成本与经过链路的流量有关，P表示消耗每单位带宽的成本，fiuv表示链路E(u,v)上经过的流总量；带宽消耗的成本表示为：存储成本：假设存储每单位内容的成本为C，用户请求的视频内容大小为riw，那么存储的成本表示为：其中gi表示0-1变量，当用户的请求ri到达本地服务器riq，用户请求的内容ric在本地服务器已有缓存，满足用户请求，不会产生新的存储成本，gi的值为0，否则为1；内容传输成本：假设S表示传输每单位内容每单位距离的成本，服务器u，v之间物理距离为链路的权值为内容传输成本表示为：其中，表示0-1变量，当有流经过路径E(u,v)时，的值为1，否则为0；步骤(3)：以用户总成本为目标函数；目标函数表示为：其中α,β,γ表示参数，用以衡量三部分成本在总成本中的权重；如果CVDNs提供商注重自身成本，则α,β占比重大；如果CVDNs提供商注重用户QoS，则γ占比重大。8.如权利要求1所述的基于优先级的云视频内容分发方法，其特征是，步骤(4)：设置约束条件；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆佃杰，赵天骐，张桂娟，田杰，刘弘，郑向伟，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37