[发明专利]云计算下能量消耗和视频质量联合优化的数据包调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种云计算下能量消耗和视频质量联合优化的数据包调度方法。

背景技术

云计算是指将计算任务分布在有大量计算机系统构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算能力、存储空间和软件信息服务。从计算的角度，云计算作为一种大规模的分布式的计算模型，该计算模型是一个网络化的数据中心，数据中心包含                                               个服务器，具有高性能的计算能力，加上低成本、动态可伸缩等特点，使之成为未来计算的重要发展方向。

随着通信技术的迅猛发展，人们通过通信网络实时获取视频数据已经成为可能，视频数据的特点是：数据量大、计算速度要求高、计算资源需求量及传输量大。当前的视频的应用中，例如：视频点播、视频会议等对减小视频失真的要求越来越高，因此，在视频调度传输过程中，在网络资源有限等的情况下，如何根据用户需求，采用有效调度算法，减小视频失真，使整个网络的性能得到优化，仍然面临很大的挑战。

数据包调度是视频传输中的一个关键问题，数据包调度方法的优异将直接影响网络资源的合理利用以及用户整体接收质量。传统的数据包调度方法中，大都忽略了视频不同帧之间的依赖关系，往往基于传统的分发网络，在能量消耗方面没有充分考虑服务器的负载情况，而在云计算中，计算机系统之间调度带来的能量消耗与服务器的负载情况和频率等有着紧密的联系，因此这些传统的数据包调度方法并不适用于云计算环境。另外，视频传输中的传统数据包调度方法，在数据包调度过程中，仅仅考虑当前时刻的目标最优化，并没有考虑目标时刻的目标最优化。

Nicholas Mastronarde等人提出在衰落信道下的一种点对点的能量消耗最小的视频数据包调度方法，并采用马尔科夫决策过程，对调度过程建立模型，然而，在该调度过程中，该方法并没有考虑视频不同帧之间的依赖关系。Aditya Dua等人提出一种信道、截止时间和失真认知的数据包调度方法，该方法在每个时隙仅仅调度一个视频帧，忽略了视频不同帧之间的依赖关系，并且没有考虑服务器端的能量消耗。Fangwen Fu等人提出了一种在无线时变信道下的视频数据包调度方法，该方法考虑了视频不同帧之间的依赖关系以及发送端能量消耗的问题，并采用马尔科夫决策过程对调度问题建立模型，但是，该方法在能量消耗方面由于没有考虑发送服务器的负载情况，因此不适应于云计算中服务器的能量消耗优化。

发明内容  

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，而提供一种云计算下能量消耗和视频质量联合优化的数据包调度方法，该方法能减小服务器的能量消耗，同时提高用户接收的视频质量，进而实现云计算中视频调度系统目标时刻的效用最大化。

为达到上述目的，本发明的构思是：假设一个云计算视频调度系统模型，定义视频失真减小量与能量消耗的效用函数，在兼顾服务器的能量消耗和用户接收的视频质量的情况下，对视频数据包进行优化调度，实现云计算中视频调度系统目标时刻的效用最大化。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种云计算下能量消耗和视频质量联合优化的数据包调度方法，其具体步骤如下：

(1)、假设一个云计算视频调度系统模型，该模型的云数据中心收集用户请求，用户将请求的信息发送给视频调度器，视频调度器根据用户请求对用户请求队列进行视频调度优化；

(2)、对上述视频数据采用DAG（DAG为英文Directed Acyclic Graph的缩写，其中文译名为有向无环图）模型来描述可调度帧集合中帧与帧之间的依赖关系；

(3)、在每个时隙，将上述的每个帧集合中帧与帧之间的依赖关系与系统状态最优调度优先级融合，视频调度器将当前帧集合中数据包按最优调度顺序向用户发送视频数据包。

本发明的云计算下能量消耗和视频质量联合优化的数据包调度方法与现有技术相比较具有的优点是：该方法采用云计算视频调度系统模型，不仅能提高用户接收的视频质量，同时降低云计算中服务器的能量消耗，以实现云计算中视频调度系统中目标时刻的效用最大化。

附图说明

图1 本发明的方法中的一种云计算视频调度系统模型结构的示意图；

图2 本发明中的当前帧集合中I、P、B、P、B、P、B帧的调度优先级调度的示意图；

图3 本发明的联合优化调度方法的能量消耗与现有的近视优化调度方法的能量消耗比较的视频失真减小量示意图；