[发明专利]一种在线视频点播服务的动态请求路由方法

摘要

本发明是基于内容分发网络的视频点播系统中的请求路由问题提出的。首先，将终端用户视频请求按照平均比特率与期望观看时间进行分类；其次，将系统抽象为一个受控离散时间排队系统，包括一个分发器与多个数据中心；发明的目标是找到一个动态请求路由策略，使得系统所得利润最大；动态请求问题可建模为一个马尔科夫决策过程；然而，实际系统规模庞大，使得马尔可夫决策问题存在“状态空间爆炸”问题，经典算法无法应用；为了解决这一问题，本发明给出了两种近似求解方法，即贪心请求路由算法与有界马尔可夫决策请求路由算法，这两种近似算法的出发点不同：贪心策略忽略了未来终端用户请求到达的特征，而基于有界马尔可夫决策的策略则忽略了数据中心中的终端用户请求类型。

主权项

1.一种在线视频点播服务的动态请求路由方法，其特征在于，建立由一个分发器与若干服务器即数据中心构成的视频点播服务系统模型，使用两个标准对用户进行分类：1)视频文件观看期望时间；2)视频文件平均比特率；然后建立数据中心模型，计算用户到达、离去概率，归结为一个标准的离散时间马尔可夫决策过程模型，找到一个动态请求路由策略，使得视频点播服务系统所得利润最大；其中，所述马尔可夫决策过程模型中，在时间点t，分发器采集系统的状态，包括：1)系统到达向量λ(t)＝{λ_i(t)},i∈I，描述了等待队列中i类终端用户请求的数量；2)服务器负载矩阵N(t)＝{n_ij(t)},i∈I j∈J，描述了数据中心j中i类终端用户请求的数量；其中I表示终端用户请求类型的集合，J表示数据中心的集合，λ_i代表在一个时间槽内到达分发器的i类终端请求的个数，n_ij代表数据中心j中i类终端用户请求的个数；此后，分发器进行决策，决策行为是一个矩阵a(t)＝{a_ij(t)}，{a_ij(t)}描述了重定向到数据中心j上i类终端用户请求的数量，决策完成后，系统时间演进到(t+1)^‑，并收到回报R(N(t),a(t))，一些终端用户请求离开系统，这时，系统转换到下一状态；通过贪心请求路由算法获取使得视频点播服务系统所得利润最大的动态请求路由策略；所述贪心请求路由算法的优化目标是最大化当前时间槽内的回报，具体步骤如下：01：建立变量g_ij与o，g_ij是将i类型终端用户请求重定向到数据中心j上在一个时间槽内所产生的回报，o是g_ij的一个排序，算法中使用o[k].i与o[k].j来表示在序列o中第k个元素的分量i与j，C为数据中心的网络带宽总量；02：对于所有的i∈I且j∈J，计算g_ij；03：将g_ij进行降序排列，并将排列结果存入o；o的元素个数为|I|×|J|；04：循环进行以下操作：05：测量系统当前状态，包括服务器负载向量L和用户请求到达向量λ；06：依次遍历o中所有的元素；07：若λ_o[k].i＝0，即当前元素所对应的请求类型没有任务到达，或L_o[k].j＝C_o[k].j，即当前元素对应的数据中心可用带宽已满，则忽略该元素并考察下一元素；08：否则，向数据中心o[k].j分配o[k].i类型请求a_{o[k].i,o[k].j}，公式为a_{o[k].i,o[k].j}＝min{λ_o[k].i,C_o[k].j‑L_o[k].j}，即在o[k].i类型请求总量λ_o[k].i，以及数据中心o[k].j的可用带宽C_o[k].j‑L_o[k].j之间选取一个较小的值；09：把已经分配过的请求a_{o[k].i,o[k].j}从待服务的请求中减去，公式为λ_o[k].i←λ_o[k].i‑a_{o[k].i,o[k].j}；10：结束算法并设置休眠长度为Γ的时间槽。