[發(fā)明專利]一種多CDN輔助的多層云的直播分發(fā)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710128026.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN106961616B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈殷;溫武少;溫木奇;董崇武;秦景輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué);廣州云晫信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N21/262
• 分類號(hào): H04N21/262;H04N21/2385
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種多CDN輔助的多層云的直播分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

中央管理節(jié)點(diǎn)，用于主播直播流管理、觀看者直播流量預(yù)測(cè)、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)搜集、直播流分發(fā)決策和邊緣層擴(kuò)容決策；

若干核心層節(jié)點(diǎn)，用于主播源直播流接收功能和直播流分發(fā)，根據(jù)中央管理節(jié)點(diǎn)的策略對(duì)主播直播流進(jìn)行接入以及分發(fā)給最優(yōu)的邊緣層節(jié)點(diǎn)或CDN；

若干邊緣層節(jié)點(diǎn)，用于優(yōu)先直播服務(wù)功能和觀眾體驗(yàn)反饋，接收來(lái)自核心層節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的直播流、服務(wù)直播觀看者并周期性向中央管理節(jié)點(diǎn)反饋觀眾體驗(yàn)；

若干CDN服務(wù)提供系統(tǒng)，用于輔助直播服務(wù)，接收來(lái)自核心層節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)載直播流、返回給觀眾一個(gè)CDN內(nèi)部服務(wù)節(jié)點(diǎn)給觀眾接入；

所述核心層節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)直播流的過(guò)程中，該直播分發(fā)系統(tǒng)把觀眾所處的位置劃分為若干個(gè)區(qū)域，在保證觀眾最低服務(wù)質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)整個(gè)觀眾區(qū)域的需求來(lái)選擇觀眾請(qǐng)求的最優(yōu)服務(wù)節(jié)點(diǎn)；

直播分發(fā)系統(tǒng)通過(guò)分析邊緣層的性能和CDN層的性價(jià)比為每一個(gè)觀眾區(qū)域或直播編號(hào)的組合請(qǐng)求選擇最優(yōu)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，如果邊緣層能力足夠則選擇性能最優(yōu)的邊緣層節(jié)點(diǎn)，如果不夠則選擇性價(jià)比最高的CDN服務(wù)系統(tǒng)；

所述的邊緣層節(jié)點(diǎn)的優(yōu)劣主要由節(jié)點(diǎn)到觀眾區(qū)域的平均時(shí)延、帶寬、丟包率來(lái)衡量，其中時(shí)延由傳播時(shí)延、處理和排隊(duì)時(shí)延組成；所述的傳播時(shí)延與鏈路長(zhǎng)度有關(guān)，所述的處理和排隊(duì)時(shí)延與鏈路上經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有關(guān)；直播分發(fā)系統(tǒng)根據(jù)所有邊緣層節(jié)點(diǎn)的時(shí)延曲線以及預(yù)測(cè)的觀眾需求計(jì)算出最優(yōu)的邊緣層節(jié)點(diǎn)與觀眾區(qū)域的帶寬分配；

對(duì)于CDN服務(wù)系統(tǒng)的評(píng)判，直播分發(fā)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)每一個(gè)CDN進(jìn)行觀眾區(qū)域到該CDN的QoE指標(biāo)的黑盒測(cè)試來(lái)評(píng)估CDN對(duì)于該區(qū)域的服務(wù)質(zhì)量，并通過(guò)收集到的CDN價(jià)格報(bào)表擬合出一個(gè)分段線性函數(shù)，然后使用多目標(biāo)優(yōu)化模型分析出提升觀眾體驗(yàn)和降低CDN租用開銷為目標(biāo)的性價(jià)比最高的CDN選擇方案；

該系統(tǒng)的主播要進(jìn)行直播上傳時(shí)的過(guò)程如下：

a)主播向中央管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送直播上傳請(qǐng)求；

b)中央管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)主播所在的位置查找與該區(qū)域最能滿足主播需求的核心層節(jié)點(diǎn)并把該節(jié)點(diǎn)的域名返回給主播；

c)主播通過(guò)該域名訪問(wèn)核心層節(jié)點(diǎn)，向其推送直播流以及一些控制命令；

d)核心層節(jié)點(diǎn)根據(jù)主播控制指令以及平臺(tái)一些控制指令對(duì)直播流進(jìn)行處理；

e)核心層節(jié)點(diǎn)根據(jù)中央管理節(jié)點(diǎn)的直播流分發(fā)決策功能所做出的決策向邊緣層或CDN層分發(fā)直播流；

對(duì)于邊緣層的擴(kuò)容功能，其擴(kuò)容策略是以每一次的邊緣層帶寬分配模型為基礎(chǔ)，取消對(duì)于每一個(gè)邊緣層節(jié)點(diǎn)所具有的總帶寬的限制，計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)所能承擔(dān)的最大帶寬，并對(duì)多個(gè)時(shí)間周期的統(tǒng)計(jì)歸總，計(jì)算分布曲線并向管理者反饋可以改進(jìn)的方案，增加或減少資源；

在該系統(tǒng)中，在具體的觀眾請(qǐng)求觀看過(guò)程中，當(dāng)觀看者向中央管理節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求某個(gè)直播拉取服務(wù)時(shí)，整個(gè)過(guò)程如下：

a)觀看者向中央管理節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求某直播；

b)中央管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)上個(gè)周期的直播流分發(fā)決策列表查找觀眾區(qū)域或直播編號(hào)對(duì)應(yīng)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)列表；

c)如果列表中同時(shí)存在邊緣層節(jié)點(diǎn)和CDN，優(yōu)先選擇邊緣層節(jié)點(diǎn)分配，當(dāng)邊緣層節(jié)點(diǎn)帶寬資源分配完畢后分配CDN資源，如果觀眾區(qū)域或直播編號(hào)對(duì)并不在查詢列表中則進(jìn)行隨機(jī)分配；

d)直播流分配結(jié)果以域名的形式返回給觀看者，觀看者解析該域名，如果域名屬于邊緣層節(jié)點(diǎn)則直接從邊緣層節(jié)點(diǎn)拉取直播流觀看；

e)如果域名屬于CDN則被該CDN重定向系統(tǒng)重新定位到一個(gè)這個(gè)CDN的節(jié)點(diǎn)；

直播分發(fā)決策系統(tǒng)執(zhí)行流程如下：

a)邊緣層節(jié)點(diǎn)周期性向中央管理節(jié)點(diǎn)匯報(bào)資源利用率以及觀看者的觀眾時(shí)延；

b)中央管理節(jié)點(diǎn)周期性的測(cè)試每個(gè)觀眾區(qū)域到每個(gè)CDN的時(shí)延以及現(xiàn)有使用CDN的觀看者的時(shí)延；

c)核心層節(jié)點(diǎn)周期性向中央管理節(jié)點(diǎn)匯報(bào)資源的利用率以及直播流的轉(zhuǎn)發(fā)情況；

d)當(dāng)邊緣層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)容處理后更新其到每一個(gè)觀眾區(qū)域的時(shí)延函數(shù)，當(dāng)CDN的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)改變后更新計(jì)費(fèi)函數(shù)；

e)中央管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)凸優(yōu)化理論計(jì)算帶寬在邊緣層到觀眾區(qū)域的最優(yōu)分配；

f)若邊緣層節(jié)點(diǎn)不能夠提供足夠的分發(fā)服務(wù)則把多余的帶寬需求轉(zhuǎn)由CDN層滿足，采用Nash討價(jià)還價(jià)策略在價(jià)格和性能之間進(jìn)行均衡選擇性價(jià)比最高的CDN分配帶寬；

g)求出邊緣層和CDN層最優(yōu)帶寬分配后利用貪心算法計(jì)算核心層主播直播流的最優(yōu)分配以盡可能的減少核心層轉(zhuǎn)發(fā)出的直播流的數(shù)量，并由此決定每一個(gè)最終服務(wù)觀眾節(jié)點(diǎn)即邊緣層節(jié)點(diǎn)或CDN的直播流分發(fā)策略；

h)當(dāng)觀看者請(qǐng)求到達(dá)時(shí)根據(jù)分發(fā)策略優(yōu)先分發(fā)給邊緣層節(jié)點(diǎn)，當(dāng)列表中有多個(gè)邊緣層節(jié)點(diǎn)時(shí)按照帶寬分配大小比例進(jìn)行概率分發(fā)，全部被分配的邊緣層節(jié)點(diǎn)帶寬使用完后再按照被每個(gè)被分配的CDN帶寬比例概率分發(fā)給CDN；

i)中央管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)所有節(jié)點(diǎn)包括觀眾的反饋信息制作日志報(bào)表并為下一輪的直播分發(fā)決策收集數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多CDN輔助的多層云的直播分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，邊緣層擴(kuò)容決策系統(tǒng)執(zhí)行流程如下：

a)中央管理節(jié)點(diǎn)收集邊緣層節(jié)點(diǎn)資源利用率以及觀看者需求的歷史記錄根據(jù)凸優(yōu)化理論建立節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容模型；

b)對(duì)比連續(xù)多個(gè)計(jì)算周期的擴(kuò)容模型所推導(dǎo)出的擴(kuò)容解決方案，制作分布曲線并計(jì)算取均值和方差上報(bào)給管理員并附以分析圖表；

c)管理員根據(jù)報(bào)表進(jìn)行擴(kuò)容決策并更新邊緣層節(jié)點(diǎn)參數(shù)。