[發(fā)明專利]一種基于多數(shù)據(jù)中心的云直播上傳碼率優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810333549.0
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108259979B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳迪;葉國橋;黃宇韜
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H04N21/437
• 分類號: H04N21/437;H04N21/239;H04N21/262;H04N21/2662
• 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

1.一種基于多數(shù)據(jù)中心的云直播上傳碼率優(yōu)化方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.獲取系統(tǒng)信息，包括數(shù)據(jù)中心的數(shù)量以及最大帶寬限制，上傳者的最小和最大帶寬限制，觀看用戶和上傳者的數(shù)量，設(shè)置停止條件；

S2.求解云直播平臺的最小與最大的總上傳帶寬，確定各個數(shù)據(jù)中心的上傳帶寬的值；

所述步驟S2的具體過程如下：

使用B＝|b|代表云直播平臺總的上傳帶寬的數(shù)值，假設(shè)數(shù)據(jù)中心的最大帶寬為：m為數(shù)據(jù)中心的數(shù)量，假設(shè)已經(jīng)知道B，因為不同的數(shù)據(jù)中心的單位帶寬價格總是不一樣的，為了減少帶寬開銷，云直播平臺優(yōu)先選擇可以滿足要求的最小單位帶寬價格的數(shù)據(jù)中心，假設(shè)數(shù)據(jù)中心已經(jīng)根據(jù)單位帶寬價格排序，即c₁≤c₂≤…≤c_m，根據(jù)B的值來得到唯一的b：

此外，b表示上傳帶寬的數(shù)值向量，表示第j個數(shù)據(jù)中心的上傳帶寬的最大值，表示第z-1個數(shù)據(jù)中心的上傳帶寬的最大值，此外，c₁，c₂，...，c_m表示數(shù)據(jù)中心的帶寬價格，分別表示第1個到第m個數(shù)據(jù)中心的帶寬價格；

S3.根據(jù)各個數(shù)據(jù)中心的上傳帶寬的值決定上傳者的數(shù)據(jù)中心選擇和上傳碼率的選擇，此時上傳者的數(shù)據(jù)中心選擇可能不止一個；

所述步驟S3中，進(jìn)行數(shù)據(jù)中心選擇和上傳碼率的選擇的具體過程如下：

S11.定義效用函數(shù)：u(r)＝f(r)-k*g(r)

其中，f(·)為QoE效益函數(shù)，g(·)為帶寬開銷函數(shù)，k表示帶寬開銷所占的權(quán)重，r表示碼率，其中，其中r_i，m表示上傳者i將視頻流傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心m的碼率，C表示直播平臺的帶寬總開銷，C_i表示上傳者i的帶寬開銷，C_m表示數(shù)據(jù)中心m的帶寬開銷，c_m為數(shù)據(jù)中心m的單位帶寬價格，N為上傳者的數(shù)量，M為數(shù)據(jù)中心的數(shù)量；

S12.定義每一個上傳者為參與博弈的人，那么他的觀看用戶的觀看質(zhì)量QoE增益表示為目標(biāo)是最大化這個增益，根據(jù)納什博弈優(yōu)化框架，定義納什乘積，該目標(biāo)為最大化該乘積：

V_i表示第i個上傳者的觀看用戶數(shù)量；乘積可以數(shù)學(xué)等價于定義f(r)的表達(dá)形式為：

定義問題P1為優(yōu)化問題，即：

P1：

其中，r_i^max表示上傳者i可以上傳的最大視頻碼率，r^min表示上傳者可以上傳的最小視頻碼率，b_m表示數(shù)據(jù)中心m的帶寬，m₁、m₂均表示數(shù)據(jù)中心，表示上傳者i將視頻流傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心m₁的碼率，表示上傳者i將視頻流傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心m₂的碼率，當(dāng)上傳的總帶寬已經(jīng)給出后，那么上傳者應(yīng)該充分利用所有帶寬來最大化觀看用戶的體驗，那么g(r)就是一個常數(shù)，現(xiàn)在主要考慮f(r)，問題P1可以轉(zhuǎn)化為問題P3：

P3：

注意到問題P3是一個混合整數(shù)凸問題，無法在多項式時間內(nèi)求解，因此把問題P3放松到P4：

P4：

P4是一個凸問題，那么采用拉格朗日轉(zhuǎn)化、對偶分解和迭代搜尋的方法來求解；

S13.將P4的最優(yōu)解轉(zhuǎn)化為P3的次優(yōu)解；

S4.根據(jù)上一個步驟決定的最優(yōu)決策，調(diào)整每一個上傳者的選擇，使得每一個上傳者只能選擇一個數(shù)據(jù)中心；

S5.判斷是否已經(jīng)到達(dá)停止條件，如果是則跳到步驟S6，否則跳到步驟S2；

S6.輸出全局最優(yōu)總上傳帶寬，每一個上傳者的數(shù)據(jù)中心選擇和上傳碼率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多數(shù)據(jù)中心的云直播上傳碼率優(yōu)化方法，其特征在于：求解P4的具體過程如下：

首先得到問題P4的拉格朗日函數(shù)：

其中，α，β，γ，k為拉格朗日乘子，下標(biāo)i，下標(biāo)m代表對應(yīng)的變量的拉格朗日乘子的具體值；

讓拉格朗日函數(shù)求導(dǎo)為0，然后可以得到

以及

此外，r^*代表最優(yōu)解，加上下標(biāo)i和m代表具體數(shù)值，對應(yīng)第i個上傳者連接到第m個數(shù)據(jù)中心的上傳碼率，然后進(jìn)行對偶分解，首先定義一個與問題P4有著相同最優(yōu)解的原始問題：

那么與該原始問題相對應(yīng)的拉格朗日函數(shù)為：

注意到問題P4是一個凸問題，滿足KKT條件，那么與該原始問題就沒有對偶間隔，那么可以得到拉格朗日對偶函數(shù)為：

那么相應(yīng)的對偶問題可以定義為：

那么得到迭代的拉格朗日乘子更新策略為，其中s代表迭代次數(shù)，s+1代表下一個迭代次數(shù)，