云视频服务系统的资源配置和调度优化
[Abstract]:With the popularity of high-speed Internet and the rapid development of multimedia technology, watching video online over the Internet has become one of the most popular Internet applications. Traditionally, video service providers mainly build large-scale video service systems based on the architecture of content distribution networks and peer-to-peer networks. Static resource allocation makes the system less scalable, lower resource utilization and high service cost, which makes it difficult to cope with increasing user requests. Peer-to-peer networks rely on the cooperation of user uploads, which makes it difficult to guarantee the reliability of the service and the higher requirements of users for video viewing experience. Technology, emerging cloud computing provides a reliable, flexible and low-cost way of resource allocation, which brings new solutions for video service providers. This paper considers building a new generation of large-scale video service systems using cloud computing platforms. In this paper, the dynamic resource allocation, request scheduling, content deployment and network management problems in cloud-based large-scale video service systems are studied in depth. A mathematical model is established to describe the system and the related optimization theory is used to derive the model. The detailed research work can be summarized as follows: 1) Considering that cloud computing service providers provide computing resources to video service providers in virtual machines, and provide a variety of rental pricing schemes. In this paper, the above-mentioned problems are modeled as the minimum number of virtual machines to be configured to satisfy the quality of service constraints and the optimal procurement scheme for various types of virtual machines under various pricing models. Based on the overload probability, the optimal number of virtual machines is obtained by on-line measurement. Then the optimal rental scheme of each slot virtual machine is obtained by analyzing and comparing various pricing models, and an optimization strategy is proposed to dynamically adjust the number of long-term reserved virtual machines. Effectiveness. 2) This paper studies the optimization problem of video service providers using cloud data centers to construct large-scale video service systems to serve multi-regional users. In order to improve the quality of user viewing experience to maximize system benefits and reduce operating costs, it is necessary to schedule and serve multi-regional users with a certain strategy. In this paper, Markov decision process is used to model and describe the dynamic operation process of cloud video service system in multi-data center. The average performance criterion is used to reflect the average profit of long-term operation of the system, in which the profit is the system income minus the operation cost and the system income. A utility function is used to reflect the quality of viewing experience of the user.A joint optimization strategy of dynamic request scheduling, video deployment and resource allocation is sought to maximize the average profit.Using performance sensitivity analysis, a strategy iteration algorithm based on sample trajectory is designed to find the optimal strategy, and the algorithm is proved. Then the algorithm is analyzed in detail from the point of view of the actual system operation, and the effectiveness of the algorithm is verified by a series of simulation experiments. 3) Considering the combination of advanced software Defined Network (SDN) technology and cloud computing technology, this paper proposes a SDN functionalized media cloud framework. Cloud data centers are interconnected via SDN functionalized networks. In view of the impact of network congestion on the transmission delay of video services and the viewing experience of users, the routing strategy is optimized in combination with the request scheduling and resource allocation strategy to reduce the operating costs of mobile cloud video service providers and improve the quality of video playback. Utility function reflects two aspects of video playback quality: user satisfaction and average delay. The system objective function is defined as maximizing the profit of video service providers (i.e. utility revenue minus running cost). A unified traffic management model is used to merge user request scheduling and video stream path selection decisions, and the joint optimization is achieved. The problem is described as a mixed integer programming problem. Based on the dual decomposition and subgradient method, an iterative algorithm is proposed to solve the mixed integer programming problem. The algorithm can effectively obtain the optimal decision-making of content deployment and traffic management. Experimental results show that the proposed algorithm can achieve a good balance between optimal operating costs and user experience.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP393.09
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,本文编号:2242121
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