本發(fā)明涉及多媒體網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算資源管理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種應(yīng)用于云直播平臺(tái)的上傳帶寬優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著視頻終端設(shè)備的廣泛覆蓋以及互聯(lián)網(wǎng)高帶寬消耗應(yīng)用的興起，云直播平臺(tái)相繼出現(xiàn)并帶來(lái)了巨幅增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)了許多云直播平臺(tái)，并且進(jìn)行了許多成功的實(shí)踐。國(guó)內(nèi)比較熱門的云直播平臺(tái)有斗魚(yú)直播平臺(tái)、虎牙直播平臺(tái)和龍珠直播平臺(tái)。國(guó)外比較熱門的云直播平臺(tái)有twitch.tv、youtube、azubu.tv。云直播平臺(tái)的內(nèi)容覆蓋廣泛，涉及游戲內(nèi)容直播、娛樂(lè)綜藝直播、體育節(jié)目直播等等。

云直播平臺(tái)架構(gòu)主要涉及三個(gè)不同的群體：視頻流上傳者、云直播平臺(tái)和觀眾。上傳者可以使用各種終端設(shè)備(如個(gè)人電腦，智能手機(jī)，平板電腦等)實(shí)時(shí)上傳視頻流，云直播平臺(tái)接收上傳者上傳的視頻流，并提供轉(zhuǎn)碼服務(wù)，然后分發(fā)轉(zhuǎn)碼后的視頻流給觀眾。上傳者和觀眾都可以分布在全球各地。

在云直播平臺(tái)的架構(gòu)中，視頻流的傳輸主要包括三個(gè)方面：上傳者上傳視頻流到云直播平臺(tái)，云直播平臺(tái)內(nèi)部的視頻傳輸，云直播平臺(tái)向觀眾分發(fā)視頻流。本發(fā)明關(guān)注的部分主要是視頻流的上傳部分。

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷增加，帶寬成為一種有限的資源，如何充分有效的利用和分配帶寬是一個(gè)重要的問(wèn)題。對(duì)于云直播平臺(tái)來(lái)說(shuō)，上傳帶寬是有限的，隨著上傳者數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，上傳帶寬將會(huì)成為云直播平臺(tái)的一個(gè)瓶頸。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，用戶上傳視頻可能會(huì)引起流量費(fèi)用，并且使用不同的碼率(即不同的視頻流質(zhì)量)將會(huì)引發(fā)不一樣的流量費(fèi)用。然后，在目前已有的云直播平臺(tái)架構(gòu)之中，上傳者可以任意設(shè)置上傳碼率，而這將會(huì)引起上傳帶寬資源的浪費(fèi)。另外，在云直播平臺(tái)的服務(wù)之中，不同上傳者上傳的視頻，有著不同的觀眾數(shù)量，并且上傳者上傳視頻的質(zhì)量將會(huì)很大影響觀眾的用戶體驗(yàn)。因此，如何在上傳帶寬有限的情況下選擇上傳者上傳視頻的碼率，并同時(shí)考慮每個(gè)上傳者的觀眾用戶體驗(yàn)，以及合理降低上傳視頻所帶來(lái)的流量費(fèi)用，這是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的云直播平臺(tái)存在的上傳帶寬分配和使用不合理的問(wèn)題，提供了一種應(yīng)用于云直播平臺(tái)的上傳帶寬優(yōu)化方法，該方法從云直播平臺(tái)的角度出發(fā)，在上傳帶寬有限的情況下，降低上傳者的帶寬開(kāi)銷，同時(shí)保證用戶的良好觀看體驗(yàn)，并且考慮不同上傳者的觀看用戶數(shù)量，能夠在降低流量費(fèi)用的同時(shí)提供盡可能好的用戶體驗(yàn)。

為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用于云直播平臺(tái)的上傳帶寬優(yōu)化方法，包括以下步驟：

s1.定義集合u＝{u1，u2，...，un}表示上傳者群體，表示上傳者群體中的各個(gè)上傳者選擇的上傳碼率所形成的集合，其中，b表示云直播平臺(tái)最大的上傳帶寬；令r^min和來(lái)表示每個(gè)上傳者的最小上傳帶寬限制和最大上傳帶寬限制，即：

s2.定義第i個(gè)上傳者的帶寬開(kāi)銷ci為：

ci＝ci*ri

其中ci表示單位帶寬消耗所引發(fā)的流量費(fèi)用；

s3.定義第i個(gè)上傳者的觀看用戶的qoe模型為：

定義第i個(gè)上傳者以最小上傳帶寬上傳時(shí)其觀看用戶的qoe模型為：

s4.結(jié)合第i個(gè)上傳者的帶寬開(kāi)銷和觀看用戶的qoe定義效用模型來(lái)對(duì)當(dāng)前的上傳碼率進(jìn)行評(píng)價(jià)：

其中，k表示帶寬開(kāi)銷的權(quán)重；

定義第i個(gè)上傳者以最小上傳帶寬上傳時(shí)其效用模型為：

s5.結(jié)合s4得到的效用模型和第i個(gè)上傳者的觀看用戶數(shù)量vi定義第i個(gè)上傳者的效用函數(shù)為：

s6.對(duì)集合u＝{u1，u2，...，un}中的每一個(gè)上傳者執(zhí)行步驟s1～s5的操作得到每一個(gè)上傳者的效用函數(shù)；

s7.將上傳帶寬的優(yōu)化問(wèn)題定義為納什議價(jià)問(wèn)題，定義納什議價(jià)問(wèn)題為：

其中集合表示不同上傳者選擇的上傳碼率，即需要優(yōu)化的目標(biāo)；

s8.結(jié)合p1問(wèn)題定義相對(duì)應(yīng)的p2問(wèn)題：

s9.對(duì)p2問(wèn)題進(jìn)行拉格朗日轉(zhuǎn)換，得到p2問(wèn)題的拉格朗日函數(shù)為：

其中γ均為拉格朗日乘子；

s10.對(duì)拉格朗日函數(shù)進(jìn)行分解，拉格朗日函數(shù)被重寫(xiě)為：

其中

s11.令每一個(gè)關(guān)于li的拉格朗日函數(shù)的倒數(shù)為0，得到相應(yīng)的上傳者上傳碼率的最優(yōu)選擇，即：

其中表示經(jīng)過(guò)納什議價(jià)決策得到的各個(gè)上傳者上傳碼率最優(yōu)選擇組成的集合。

在具體的實(shí)施過(guò)程中，在使用上傳帶寬優(yōu)化方法得到各個(gè)上傳者上傳碼率的最優(yōu)選擇后，需要對(duì)拉格朗日乘子γ進(jìn)行更新迭代，其具體的過(guò)程如下：

對(duì)p2問(wèn)題進(jìn)行多分解，轉(zhuǎn)換為p3問(wèn)題：

p3：maxg（α，β，γ）

其中為對(duì)偶函數(shù)，基于sub-gradient的策略，可以得到拉格朗日乘子的更新策略：

(1)拉格朗日乘子的更新策略為：

(2)拉格朗日乘子的更新策略為：

(3)拉格朗日乘子γ的更新策略為：

其中，s表示迭代的順序，ξ表示每一次迭代的步長(zhǎng)；當(dāng)滿足|g(s+1)-g(s)|≤∈時(shí)不再對(duì)拉格朗日乘子γ進(jìn)行更新，其中∈為設(shè)定的常數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明從云直播平臺(tái)的角度出發(fā)，在上傳帶寬有限的情況下，降低上傳者的帶寬開(kāi)銷，同時(shí)保證用戶的良好觀看體驗(yàn)，并且考慮不同上傳者的觀看用戶數(shù)量，能夠在降低流量費(fèi)用的同時(shí)提供盡可能好的用戶體驗(yàn)。本發(fā)明基于nbs(即nashbargainingsolution，納什議價(jià)解決方案)的優(yōu)化框架，可以在上傳帶寬受限的情況下，考慮到不同上傳者的不同觀看用戶數(shù)量，公平有效地給每個(gè)參與者分配上傳帶寬，在實(shí)現(xiàn)個(gè)體利益最優(yōu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)。

附圖說(shuō)明

圖1為方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專利的限制；

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供的方法具體包括以下步驟：

s1.定義集合u＝{u1，u2，...，un}表示上傳者群體，表示上傳者群體中的各個(gè)上傳者選擇的上傳碼率所形成的集合，其中，b表示云直播平臺(tái)最大的上傳帶寬；令r^min和來(lái)表示每個(gè)上傳者的最小上傳帶寬限制和最大上傳帶寬限制，即：

s2.定義第i個(gè)上傳者的帶寬開(kāi)銷ci為：

ci＝ci*ri

其中ci表示單位帶寬消耗所引發(fā)的流量費(fèi)用；

s3.定義第i個(gè)上傳者的觀看用戶的qoe模型為：

定義第i個(gè)上傳者以最小上傳帶寬上傳時(shí)其觀看用戶的qoe模型為：

s4.結(jié)合第i個(gè)上傳者的帶寬開(kāi)銷和觀看用戶的qoe定義效用模型來(lái)對(duì)當(dāng)前的上傳碼率進(jìn)行評(píng)價(jià)：

其中，k表示帶寬開(kāi)銷的權(quán)重；

定義第i個(gè)上傳者以最小上傳帶寬上傳時(shí)其效用模型為：

s5.結(jié)合s4得到的效用模型和第i個(gè)上傳者的觀看用戶數(shù)量vi定義第i個(gè)上傳者的效用函數(shù)為：

s6.對(duì)集合u＝{u1，u2，...，un}中的每一個(gè)上傳者執(zhí)行步驟s1～s5的操作得到每一個(gè)上傳者的效用函數(shù)；

s7.將上傳帶寬的優(yōu)化問(wèn)題定義為納什議價(jià)問(wèn)題，定義納什議價(jià)問(wèn)題為：

其中集合表示不同上傳者選擇的上傳碼率，即需要優(yōu)化的目標(biāo)；

s8.結(jié)合p1問(wèn)題定義相對(duì)應(yīng)的p2問(wèn)題：

s9.對(duì)p2問(wèn)題進(jìn)行拉格朗日轉(zhuǎn)換，得到p2問(wèn)題的拉格朗日函數(shù)為：

其中γ均為拉格朗日乘子；ri-r^min、ri-b表示與拉格朗日乘子對(duì)應(yīng)的三個(gè)約束條件，包括帶寬不能大于最大帶寬、帶寬不能小于最小帶寬、總帶寬不能大于系統(tǒng)的總上傳帶寬。

s10.對(duì)拉格朗日函數(shù)進(jìn)行分解，拉格朗日函數(shù)被重寫(xiě)為：

其中

s11.令每一個(gè)關(guān)于li的拉格朗日函數(shù)的倒數(shù)為0，得到相應(yīng)的上傳者上傳碼率的最優(yōu)選擇，即：

其中表示經(jīng)過(guò)納什議價(jià)決策得到的各個(gè)上傳者上傳碼率最優(yōu)選擇組成的集合。

上述方案中，本發(fā)明提供的方法主要進(jìn)行上傳帶寬的優(yōu)化，并不考慮云直播平臺(tái)的轉(zhuǎn)碼和傳輸視頻流給觀眾的部分。因此，本發(fā)明定義用戶的qoe由上傳者上傳的視頻碼率來(lái)決定，可以理解為當(dāng)上傳者以一個(gè)碼率上傳視頻之后，其觀看用戶可以有機(jī)會(huì)以這個(gè)碼率進(jìn)行觀看視頻。

上述方案中，本發(fā)明采用nbs(即nashbargainingsolution，納什議價(jià)解決方案)的優(yōu)化策略。nbs的內(nèi)在思想在于，在假定其他參與者的選擇策略不變的情況下，單個(gè)參與者可以計(jì)算出他的最優(yōu)選擇，并且在其他參與者沒(méi)有改變他們的選擇策略時(shí)，任何參與者都不能采用其他的選擇來(lái)獲取更高的效用。這是一種基于博弈論的資源分配策略，可以保證公平性和有效性，能夠保證個(gè)體利益最優(yōu)的同時(shí)，保證全局利用的最大化。

在具體的實(shí)施過(guò)程中，在使用上傳帶寬優(yōu)化方法得到各個(gè)上傳者上傳碼率的最優(yōu)選擇后，需要對(duì)拉格朗日乘子γ進(jìn)行更新迭代，其具體的過(guò)程如下：

對(duì)p2問(wèn)題進(jìn)行多分解，轉(zhuǎn)換為p3問(wèn)題：

p3：maxg(α，β，γ)

其中為對(duì)偶函數(shù)，基于sub-gradient的策略，可以得到拉格朗日乘子的更新策略：

(1)拉格朗日乘子的更新策略為：

(2)拉格朗日乘子的更新策略為：

(3)拉格朗日乘子γ的更新策略為：

其中，s表示迭代的順序，ξ表示每一次迭代的步長(zhǎng)；當(dāng)滿足|g(s+1)-g(s)|≤∈時(shí)不再對(duì)拉格朗日乘子γ進(jìn)行更新，其中∈為設(shè)定的常數(shù)。

其中，本發(fā)明提供的優(yōu)化方法的偽代碼如下：

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。