[發(fā)明專利]一種虛擬CDN的節(jié)能部署方法

有效

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• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106713055B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫罡;廖丹;趙東成;楊廣華;孫健
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種虛擬CDN的節(jié)能部署方法，根據(jù)虛擬CDN歷史流量數(shù)據(jù)和控制器中的預(yù)測模型(ARIMA)預(yù)測下一時間段內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)峰值流量，然后根據(jù)峰值流量計算下一時刻虛擬CDN系統(tǒng)規(guī)模。同時增加幾臺冗余服務(wù)器以糾正預(yù)測誤差。通過負(fù)載均衡器將網(wǎng)絡(luò)流量聚合到控制器計算所需的虛擬服務(wù)器下。如此，可以增加虛擬CDN系統(tǒng)的利用率，節(jié)省了因CDN系統(tǒng)利用率較高而消耗的能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種虛擬CDN的節(jié)能部署方法。

背景技術(shù)

世界上的大型分布式系統(tǒng)通常由成千上百的部署在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器所組成。這些系統(tǒng)作為基礎(chǔ)設(shè)施可以有效的支撐電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)新聞以及社交網(wǎng)絡(luò)等業(yè)務(wù)。但是由于分布式系統(tǒng)中存在的大量服務(wù)器使得分布式系統(tǒng)的能量消耗也是非常巨大的。同時，巨大的能量消耗也增加了全球的碳排放，對環(huán)境造成了破壞。根據(jù)相關(guān)研究，一個由100000臺服務(wù)器組成的大型分布式網(wǎng)絡(luò)一年的能量消耗可為190000MWH。這些能量相當(dāng)于十萬個家庭一年的消耗量。

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN是大型分布式系統(tǒng)的典型代表。CDN網(wǎng)絡(luò)的首要目的是通過將內(nèi)容從遠(yuǎn)端服務(wù)器遷移到離終端用戶較近的副本服務(wù)器上以提高網(wǎng)絡(luò)性能。傳統(tǒng)的CDN網(wǎng)絡(luò)，例如Akamai，由上萬臺被部署在世界各地數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器所組成。通常傳統(tǒng)的CDN網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器由防火墻、服務(wù)器、路由器、內(nèi)容網(wǎng)關(guān)等所組成。這些部件冗余的組合在一起以滿足網(wǎng)絡(luò)的峰值流量，提高用戶的服務(wù)體驗。但研究顯示，為了滿足峰值流量而設(shè)計的CDN部件在非峰值的情況下平均負(fù)載率只有40％-60％。而傳統(tǒng)的CDN部件通常是由專門的硬件設(shè)備所構(gòu)成，這些專用的硬件的能耗是驚人的且硬件設(shè)備規(guī)模的動態(tài)變化是非常不便的。而在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化環(huán)境下，CDN網(wǎng)絡(luò)部件可以由專用的設(shè)備軟件部署在通用的硬件服務(wù)器上，因此可以較容易的通過控制中心來動態(tài)調(diào)整軟件的個數(shù)以適應(yīng)動態(tài)變化的流量，達(dá)到節(jié)能的目的。

對于網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測問題，現(xiàn)有的研究很多。其中有一種叫做BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)流量預(yù)測方法。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是仿生學(xué)或者人工智能方法。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分為兩個過程：(1)工作信號正向傳遞過程；(2)誤差信號反向傳遞過程。在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，單個樣本有m個輸入，有n個輸出，在輸入層和輸出層之間通常還有若干個隱含層。在1989年Robert Hecht-Nielsen證明了對于任何閉區(qū)間內(nèi)的一個連續(xù)函數(shù)都可以用一個隱含層的BP網(wǎng)絡(luò)來逼近。所以一個三層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(輸入層、隱含層和輸出層)就可以完成任意的m維到n維的影射。對應(yīng)到時間序列預(yù)測就有任意連續(xù)m個歷史平均流量數(shù)據(jù)影射成接下來的n個時間段內(nèi)的平均流量數(shù)據(jù)，因此可以應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測網(wǎng)絡(luò)流量。然而該技術(shù)存在如下缺點：

(1)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度較大，收斂時間較長。

(2)、預(yù)測的結(jié)果為下一時間段內(nèi)的平均流量，以此為參照決定CDN規(guī)模可能導(dǎo)致無法有效的服務(wù)時間段內(nèi)的超出平均值時刻的流量。

(3)、就BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法本身來說，隱含層的選取缺乏理論指導(dǎo)，訓(xùn)練時學(xué)習(xí)新樣本有遺忘舊樣本的趨勢。

在CDN節(jié)能方案中，有關(guān)研究直接將上一時間段的網(wǎng)絡(luò)平均流量作為直接參考來決定接下一時段的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，同時加冗余的服務(wù)器以預(yù)防因峰值流量而導(dǎo)致的服務(wù)器擁塞，在決定網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的過程中，使用服務(wù)器非滿載容量作為判斷的一種依據(jù)，目的同樣是增加冗余容量以應(yīng)對突發(fā)的高峰流量。該技術(shù)同樣存在如下缺點：

(1)、雖然將前一個時段的網(wǎng)絡(luò)流量作為依據(jù)可以在一定程度上預(yù)測網(wǎng)絡(luò)流量，但誤差較大。

(2)、方案中的冗余設(shè)計在一定程度上增加了CDN的能耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種虛擬CDN的節(jié)能部署方法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的變化來動態(tài)調(diào)整虛擬CDN系統(tǒng)的規(guī)模。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種虛擬CDN的節(jié)能部署方法，其特征在于，包括以下步驟：