一種視頻分發(fā)調(diào)度方法和系統(tǒng)技術(shù)交底書

1、一種視頻CDN上可持續(xù)優(yōu)化的內(nèi)容調(diào)度方法和系統(tǒng)作者：鄭叔亮版本：v1.0文檔創(chuàng)建日期：2013年6月21日最后修改日期：2013年6月25日1本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是什么？視頻內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（簡稱VCDN）是視頻服務(wù)提供商交付大規(guī)模內(nèi)容的核心基礎(chǔ)設(shè)施。通過建立強(qiáng)大的源服務(wù)中心和分布于各地的邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)，以及中間的多級協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，大型的VCDN系統(tǒng)已經(jīng)可以覆蓋上億規(guī)模的用戶并能夠提供上千萬的并發(fā)服務(wù)能力?？煞?wù)的終端覆蓋機(jī)頂盒、PC、手機(jī)、平板電腦等。交付的內(nèi)容也包括各種碼率的視頻，并支持直播、點(diǎn)播、時(shí)移、回看、nPVR等業(yè)務(wù)。具有一定規(guī)模的VCDN系統(tǒng)所面臨的一個(gè)重要且復(fù)雜的問題就是內(nèi)容分發(fā)的調(diào)度

2、問題。這一問題之所以重要是基于如下原因：1. 隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，成本控制越來越困難。運(yùn)營商不能一味地依靠增加節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器來保障服務(wù)質(zhì)量，否則系統(tǒng)采購和運(yùn)維成本將增長得很快，這對于視頻交付系統(tǒng)尤其明顯，進(jìn)而運(yùn)營商就會面臨虧損的風(fēng)險(xiǎn)。因此需要通過合理的內(nèi)容調(diào)度來避免不必要的硬件投資。2. 雖然CDN系統(tǒng)都帶有比較強(qiáng)大的負(fù)載均衡能力，但均是一些被動的負(fù)載均衡方式，比如DNS、LVS等。內(nèi)容本身在CDN系統(tǒng)上的分布會在很大程度上決定負(fù)載的分布。因此，主動地調(diào)度內(nèi)容可以很好地增強(qiáng)系統(tǒng)資源利用的效果，從而進(jìn)一步保障服務(wù)質(zhì)量。3. 運(yùn)營商會依據(jù)其市場營銷策略，適時(shí)地推廣一些內(nèi)容吸引用戶收看，以盡快將廣告投

3、入和版權(quán)投入變現(xiàn)。因此，為了能夠支持這些靈活的運(yùn)營策略，就要求VCDN系統(tǒng)具備高效的內(nèi)容分發(fā)調(diào)度的能力，把最合適的內(nèi)容推送給距離目標(biāo)用戶最近的邊緣節(jié)點(diǎn)，以便他們能夠流暢地觀看這些最熱門的視頻。而分發(fā)調(diào)度問題的復(fù)雜性也恰好體現(xiàn)在以上三個(gè)方面（成本、服務(wù)質(zhì)量、營銷策略）之間天然的矛盾關(guān)系：首先，以控制成本為核心的運(yùn)營方式必然會面臨服務(wù)質(zhì)量下降的挑戰(zhàn)。在投入受限的情況下還要盡量保障服務(wù)質(zhì)量是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。其次，如果以保障服務(wù)質(zhì)量為第一要?jiǎng)?wù)，那么如何規(guī)劃增加節(jié)點(diǎn)或服務(wù)器，增加多少，在哪里部署，又或者是否租用第三方的服務(wù)等問題都直接關(guān)系到運(yùn)營成本。第三，這種對熱門內(nèi)容的推廣實(shí)質(zhì)上是一種人工的內(nèi)容調(diào)度方

4、式。人工的方案很可能會對自動化的策略產(chǎn)生干擾和負(fù)影響?？傊?，視頻內(nèi)容調(diào)度的難點(diǎn)并不在于數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（或者說可以由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的研究者來改進(jìn)），而是在于能夠很好地調(diào)和上述三方面矛盾的調(diào)度系統(tǒng)和策略。從目前商業(yè)和技術(shù)發(fā)展的狀況來看，VCDN系統(tǒng)本身的架構(gòu)在一段時(shí)間之內(nèi)不會發(fā)生重大的變革。因此，如何基于這一類模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給出一套能夠持續(xù)優(yōu)化的調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)模式和策略設(shè)計(jì)方法，并且能夠很自然地融合自動化和人工策略，是本方案要解決的核心問題。2詳細(xì)介紹技術(shù)背景，并描述已有的與本發(fā)明最相近似的技術(shù)方案視頻內(nèi)容分發(fā)調(diào)度是指按照既定的策略，將內(nèi)容從一個(gè)節(jié)點(diǎn)分發(fā)到另一個(gè)或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。分發(fā)的方式主要有用戶側(cè)主動拉取

5、和服務(wù)側(cè)主動推送。不論哪種方式都是將內(nèi)容分發(fā)到離用戶更近的地方，以提升用戶服務(wù)質(zhì)量。目前已經(jīng)有諸多內(nèi)容分發(fā)調(diào)度相關(guān)的技術(shù)方案，主要分為如下幾類：1. 以單純的用戶側(cè)內(nèi)容拉取方式為主的調(diào)度方法，即邊緣節(jié)點(diǎn)按需緩存。這樣的系統(tǒng)架構(gòu)相對簡單，系統(tǒng)整體運(yùn)行效率易于保障。2. 在第一類方案的基礎(chǔ)上結(jié)合人工主動分發(fā)的調(diào)度方法。系統(tǒng)架構(gòu)相對第一類方案稍顯復(fù)雜，但基本還是比較簡單和高效。3. 以保障用戶服務(wù)質(zhì)量為主要目標(biāo)，設(shè)計(jì)服務(wù)質(zhì)量數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，指導(dǎo)內(nèi)容分發(fā)策略的制定。4. 在以租用公共CDN服務(wù)為主的運(yùn)營模式下（主要是一些自己不自建CDN的增值服務(wù)提供商），分析不同CDN服務(wù)的計(jì)費(fèi)方式和服務(wù)質(zhì)量保障

6、能力，構(gòu)建計(jì)費(fèi)分析模型，可給出總成本最低的內(nèi)容分布策略。5. 以P2P技術(shù)以依托的邊緣節(jié)點(diǎn)之間、終端之間和邊緣節(jié)點(diǎn)和終端之間的自動分發(fā)。這樣的方案能夠有效節(jié)約帶寬成本，并且在某些場景下提升服務(wù)質(zhì)量（比如對熱門內(nèi)容的集中觀看）。3以因果關(guān)系推理的方式推導(dǎo)出現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是什么？下面分別對上面提到的五類方案分析各自的不足：1. 雖然架構(gòu)簡單且系統(tǒng)性能易于保障，但最大的問題就是服務(wù)質(zhì)量難以管理和有效保障，尤其是在針對特定用戶或特定內(nèi)容進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量保障的時(shí)候。這種方案在保障服務(wù)質(zhì)量方面的唯一措施就是增加服務(wù)節(jié)點(diǎn)或服務(wù)器，屬于粗狂的運(yùn)營方式，因此運(yùn)營成本難以控制。2. 本質(zhì)上和第一類方案相同，只不過可以

7、在一定程度上人工干預(yù)內(nèi)容的分布。這對于視頻內(nèi)容消費(fèi)行為比較穩(wěn)定的用戶群來說比較適用，但依然沒有從根本上解決第一類方案在成本可控的情況下保障服務(wù)質(zhì)量的問題。3. 第三類方案已經(jīng)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)到了服務(wù)質(zhì)量，但更多地強(qiáng)調(diào)是把各種技術(shù)融合到VCDN系統(tǒng)中，所導(dǎo)致的結(jié)果就是忽略對成本的控制。做出的系統(tǒng)在技術(shù)上雖然先進(jìn)，但成本高昂。4. 這一類方案是限定在一種特定的運(yùn)營模式下而產(chǎn)生的。這些服務(wù)提供商基本都是以O(shè)TT的方式運(yùn)營視頻服務(wù)。他們更加關(guān)注的是成本，因此才會有這樣的方案。這種情況下，服務(wù)質(zhì)量難以保障，或者要想保障高質(zhì)量的服務(wù)，就不得不投入大成本。雖然他們能在一定范圍內(nèi)優(yōu)化成本，但不可能從根本上控制成本，因

8、為他們都是租用第三方的CDN服務(wù)。5. P2P雖然能夠幫助節(jié)省帶寬，但服務(wù)質(zhì)量不可控。理想條件下（即80%的用戶收看的是20%的內(nèi)容）P2P技術(shù)能夠達(dá)到較好的效果，但由于市場環(huán)境和用戶行為的不斷變化（比如用戶對于長尾內(nèi)容的需求量增大），這種方案的靈活性不夠，難以適應(yīng)其它大多數(shù)條件，反而會造成資源的浪費(fèi)。4本發(fā)明技術(shù)方案的詳細(xì)闡述，應(yīng)該結(jié)合流程圖、原理圖、電路圖、時(shí)序圖進(jìn)行說明4.1 VCDN系統(tǒng)的架構(gòu)CDN系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，其架構(gòu)已經(jīng)趨于穩(wěn)定。VCDN系統(tǒng)同樣如此。圖4.1所示是VCDN系統(tǒng)的典型架構(gòu)，記為架構(gòu)1。圖中實(shí)線表示數(shù)據(jù)流，虛線表示請求調(diào)用。圖4.1 架構(gòu)1：VCDN系統(tǒng)的典型架構(gòu)

9、架構(gòu)1包含3類模塊：l M1. 源服務(wù)器：存儲從內(nèi)容源（一般是視頻編碼打包服務(wù)器）獲取的視頻內(nèi)容，并通過主動（即M1向M2推送）或被動（即M2從M1拉取）的方式分發(fā)內(nèi)容到M2。在具體部署的時(shí)候，M1一般是許多服務(wù)器組成的集群節(jié)點(diǎn)，可存儲全部的視頻內(nèi)容，作為視頻運(yùn)營的中心。l M2. 邊緣服務(wù)器：一般包括緩存服務(wù)器和推流服務(wù)器。緩存服務(wù)器緩存M1分發(fā)的請求，以便推流服務(wù)器在接到用戶請求的時(shí)候從緩存服務(wù)器直接獲取內(nèi)容來播出。在具體部署的時(shí)候，M2一般是分散在各地的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含少量的服務(wù)器，以響應(yīng)一定區(qū)域內(nèi)的請求。l M3. 路由服務(wù)器：將用戶請求路由到具有最佳服務(wù)質(zhì)量的M2，以便合理地利

10、用全網(wǎng)資源。在運(yùn)營VCDN系統(tǒng)的時(shí)候，主要有兩大類過程。一類是運(yùn)營準(zhǔn)備或內(nèi)容準(zhǔn)備過程，即圖4.1中標(biāo)注的P1到P4的過程。另一類是運(yùn)營過程，即圖中R1到R3的過程。在運(yùn)營準(zhǔn)備過程中，視頻內(nèi)容首先被注入到M1（P1），然后分發(fā)到需要內(nèi)容的各個(gè)M2（P2）。M3需要全面了解內(nèi)容分布的請求，以及各個(gè)M2的負(fù)載情況（系統(tǒng)負(fù)載、緩存容量等），因此會從M1獲取內(nèi)容分布的數(shù)據(jù)（P3），從M2獲取邊緣節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)（P4）。當(dāng)然，在運(yùn)營過程中，P4也會定期地執(zhí)行，以便能夠及時(shí)更新M2的情況。終端設(shè)備首先會向M3請求視頻（R1），M3給終端返回最佳的M2。終端設(shè)備再向M2請求視頻（M2），這樣M2就可以為終端設(shè)

11、備推送視頻流了（R3）。4.2 視頻內(nèi)容分發(fā)調(diào)度方法為了能夠從根本上調(diào)和成本、服務(wù)質(zhì)量和市場營銷策略三方面的矛盾，本方案提出一種可持續(xù)優(yōu)化的視頻內(nèi)容分發(fā)調(diào)度方法。該方法充分評估成本、服務(wù)質(zhì)量和市場營銷策略對VCDN系統(tǒng)的意義和作用，抽象出一套解決方案模型，可根據(jù)技術(shù)和商業(yè)環(huán)境的變化靈活得出優(yōu)化視頻內(nèi)容調(diào)度的解決方案，并且可以根據(jù)調(diào)度效果自動調(diào)整模型參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)優(yōu)化。在該方法的指導(dǎo)下，可以在架構(gòu)1的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)模塊，實(shí)現(xiàn)具有可持續(xù)優(yōu)化的視頻內(nèi)容分發(fā)調(diào)度功能的VCDN系統(tǒng)。該方法可通過如下步驟來描述：1. 依據(jù)服務(wù)質(zhì)量模型，建立服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測和度量的體系（參照4.3節(jié)）；2. 依據(jù)成本模型，

12、建立服務(wù)質(zhì)量到系統(tǒng)成本的映射體系（參照4.4節(jié)）；3. 依據(jù)內(nèi)容分發(fā)模型，建立內(nèi)容的服務(wù)質(zhì)量和成本評估體系（參照4.5節(jié)）；4. 依據(jù)3給出的結(jié)果以及既定的運(yùn)營策略，生成可自動化執(zhí)行的內(nèi)容分發(fā)調(diào)度方案，即將哪些內(nèi)容分發(fā)到哪些節(jié)點(diǎn)，并替換哪些內(nèi)容（參照4.5節(jié)）。5. 執(zhí)行方案之后重復(fù)步驟1。以上步驟可以形成一個(gè)良性循環(huán)。每隔一段時(shí)間（少則一個(gè)小時(shí)，多則一天）調(diào)整一次內(nèi)容分發(fā)方案，可以動態(tài)地保持系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，并且可以充分利用系統(tǒng)資源，以節(jié)約成本。4.3 服務(wù)質(zhì)量模型服務(wù)質(zhì)量由四個(gè)方面組成：l 內(nèi)容的可用性：即凡是用戶可以瀏覽到的，且在用戶權(quán)限范圍內(nèi)的內(nèi)容都應(yīng)該可以被該用戶消費(fèi)。如果用戶不能正常

13、地訪問合法且已授權(quán)的內(nèi)容，那么服務(wù)的可用性就出現(xiàn)了問題。對用戶內(nèi)容的授權(quán)一般不是在CDN系統(tǒng)中執(zhí)行的，因此通過路由之后的用戶訪問請求都是合法的。這樣，在VCDN系統(tǒng)上，對可用性的度量就可以聚焦到M2模塊是否能夠完全服務(wù)所有的用戶請求，從而可以用一段時(shí)間內(nèi)完成服務(wù)的次數(shù)與請求服務(wù)的次數(shù)的比例來度量，記為QoS_A。l 響應(yīng)性：即服務(wù)響應(yīng)用戶請求的時(shí)間。這段時(shí)間的組成可能會比較復(fù)雜，既包括鑒權(quán)的時(shí)間，也包括請求路由和推流的時(shí)間，甚至還可能有獲取密鑰解擾視頻流的時(shí)間。其中，請求路由和推流的處理時(shí)間才是VCDN系統(tǒng)范圍內(nèi)的。因此，可以在M3接收到用戶請求的時(shí)候?yàn)槠浯蛏掀鹗紩r(shí)間戳，在M2響應(yīng)用戶請求之后

14、再打上截止時(shí)間戳。我們可以用一段時(shí)間內(nèi)所有請求響應(yīng)的時(shí)間段的平均值作為VCDN系統(tǒng)的響應(yīng)性度量，記為QoS_R。l 連續(xù)性：即用戶在收視過程中是否存在播放中斷的情況。度量連續(xù)性最直接的方式是在客戶端統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)因接收數(shù)據(jù)不夠而導(dǎo)致暫停或緩沖的次數(shù)。但這樣就會對客戶端有強(qiáng)制的要求。也會增大收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的困難。因此，本方案采用監(jiān)控M2推流的吞吐量和相應(yīng)內(nèi)容的碼率來間接地實(shí)現(xiàn)。即如果發(fā)生單位時(shí)間內(nèi)（比如1秒或10秒）的吞吐量小于碼率的情況，那么就認(rèn)定是發(fā)生了中斷?？梢杂靡欢螘r(shí)間內(nèi)所有請求的中斷次數(shù)的平均值來度量服務(wù)的連續(xù)性，記為QoS_C。l 視頻質(zhì)量：可以用交付視頻的碼率來評估。通常情況下高碼率

15、的內(nèi)容視頻質(zhì)量就高。但對于不同終端設(shè)備來說，視頻質(zhì)量的意義是不同的。比如對于小屏幕的移動終端，1Mbps左右的碼率就可以達(dá)到非常不錯(cuò)的視頻質(zhì)量，而對于大屏幕的電視來說，6Mbps以上的碼率才可能達(dá)到很好的視頻質(zhì)量。所以，為了便于評估，有必要采用統(tǒng)一的度量方案，可以將視頻質(zhì)量劃分等級，比如超清、高清、標(biāo)清、流暢，而同一種等級對于不同的終端標(biāo)準(zhǔn)不同。這里將一段時(shí)間內(nèi)各個(gè)等級的百分比作為視頻質(zhì)量度量的方法，記為QoS_Q。全面掌握了服務(wù)質(zhì)量之后，就需要將服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)資源的消耗關(guān)聯(lián)起來。這一環(huán)節(jié)非常重要，因?yàn)殛P(guān)聯(lián)的結(jié)果直接反映了服務(wù)質(zhì)量對系統(tǒng)成本的要求。這樣的數(shù)據(jù)對分發(fā)策略的優(yōu)化才更有意義。服務(wù)質(zhì)量

16、和系統(tǒng)資源的關(guān)系如下：l 內(nèi)容的可用性取決于服務(wù)器的并發(fā)處理能力和帶寬的容量。服務(wù)器的并發(fā)處理能力越強(qiáng)并且?guī)挼娜萘吭匠渥悖瑑?nèi)容的可用性就越高。l 響應(yīng)性取決于內(nèi)容的分布情況。內(nèi)容的分布實(shí)際上表達(dá)了對存儲能力的要求，比如節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，服務(wù)器存儲容量等。l 連續(xù)性取決于服務(wù)器的吞吐能力。吞吐能力實(shí)際上是一種綜合能力，是由內(nèi)容的分布情況、服務(wù)器并發(fā)能力和帶寬容量共同決定的。l 視頻質(zhì)量同樣取決于服務(wù)器的吞吐能力。4.4節(jié)會進(jìn)一步討論成本和系統(tǒng)資源的關(guān)系，從而得出服務(wù)質(zhì)量和成本的關(guān)系。4.4 成本模型VCDN的成本由四個(gè)方面組成：l 系統(tǒng)采購成本：主要有服務(wù)器成本和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本，記為Cost_P。l 運(yùn)

17、營維護(hù)成本：包括人力成本和機(jī)房成本。自動化程度越高、系統(tǒng)越健壯，人力成本就越低。機(jī)房成本則與系統(tǒng)的架構(gòu)和配置有關(guān)，主要體現(xiàn)在空間成本和電力成本。這部分的成本記為Cost_M。l 帶寬成本：記為Cost_B。l 其它第三方服務(wù)成本：如果要由第三方托管一些服務(wù)，比如后備的CDN，那么這部分成本也要計(jì)算進(jìn)來，記為Cost_O。不同方面的服務(wù)質(zhì)量對成本的影響是不同的。下面通過分析系統(tǒng)資源與成本的關(guān)系給出服務(wù)質(zhì)量與成本的關(guān)系。服務(wù)器的并發(fā)處理能力決定了系統(tǒng)的采購成本，帶寬容量決定了帶寬成本，存儲能力決定了系統(tǒng)采購成本。而第三方服務(wù)成本主要是由這三種系統(tǒng)資源共同決定的（比如云服務(wù)，無需采購設(shè)備，無需運(yùn)維，

18、甚至無需租用帶寬，都是云服務(wù)提供商將這些系統(tǒng)資源打好包一同提供）。運(yùn)營維護(hù)成本比較特殊，可以分為兩部分，一部分直接依賴于采購成本，而且基本上和采購成本成線性關(guān)系，另一部分則是人工維護(hù)成本，基本上是一個(gè)常數(shù)。因此，運(yùn)營維護(hù)成本可以表示為Cost_M = p Cost_P + m?；谶@樣的分析，可以定義如下四個(gè)映射（將服務(wù)質(zhì)量映射到成本）：l QC1：N QoS_A a1 Cost_P + a2 Cost_B + a3 Cost_Ol QC2：N QoS_R r1 Cost_P + Cost_M + r2 Cost_O = (r1 +p) Cost_P + r3 Cost_O + ml QC3：

19、N QoS_C c1 Cost_P + Cost_M + c2 Cost_B + c3 Cost_O = (c1 + p) Cost_P + c2 Cost_B + c3 Cost_O + ml QC4：N QoS_Q q1 Cost_P + Cost_M + q2 Cost_B + q3 Cost_O = (q1 + p) Cost_P + q2 Cost_B + q3 Cost_O + m其中N表示可并發(fā)服務(wù)的請求數(shù)。p和m完全可以通過歷史的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，可以視為常數(shù)。在穩(wěn)定的運(yùn)營模式下，QC1到QC4的各個(gè)系數(shù)基本不會有變化?？赏ㄟ^如下步驟計(jì)算這些系數(shù)：1. 在一個(gè)基礎(chǔ)的系統(tǒng)構(gòu)成和配

20、置下，持續(xù)監(jiān)測各個(gè)服務(wù)質(zhì)量的值。2. 在系統(tǒng)容量可以承受的范圍內(nèi)，隨著用戶規(guī)模的擴(kuò)大服務(wù)質(zhì)量不會下降，直到到達(dá)臨界點(diǎn)服務(wù)質(zhì)量會發(fā)生拐點(diǎn)（在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中可以人工地增加請求壓力）。記錄拐點(diǎn)處的服務(wù)質(zhì)量值和各方面的系統(tǒng)成本值。3. 投入少量的成本升級系統(tǒng)，保證服務(wù)質(zhì)量回升到初始水平。4. 重復(fù)第2步，直到收集足夠的數(shù)據(jù)（因?yàn)橄禂?shù)最多有3列，所以最少收集3輪數(shù)據(jù)即可）。5. 將上述步驟收集的數(shù)據(jù)代入QC1到QC4，計(jì)算線性方程得出各個(gè)系數(shù)。從上述步驟可以看出，這是一種關(guān)注宏觀的計(jì)算方法。而且是以反復(fù)測試的方式來訓(xùn)練模型。這種訓(xùn)練模型的方法不僅僅可以用在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中（可模擬用戶請求），還可以用在實(shí)際的運(yùn)營系

21、統(tǒng)中（更加準(zhǔn)確，但周期會比較長）。需要強(qiáng)調(diào)的是，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，通過上面的公式和計(jì)算過程可以分析出如何以最節(jié)省的資源盡可能滿足最大的服務(wù)容量（N QoS_Q），稱之為基準(zhǔn)成本和服務(wù)質(zhì)量關(guān)系。QC1到QC4的作用是多方面的，主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：l 關(guān)系式中系數(shù)較大的項(xiàng)，說明較小的成本投入就能帶來比較明顯的服務(wù)能力的提升。因此，在服務(wù)提供商面臨用戶規(guī)模擴(kuò)大，服務(wù)質(zhì)量下降的問題時(shí)，可以考慮先將資源投入到哪一部分的成本中。l 基準(zhǔn)成本和服務(wù)質(zhì)量關(guān)系表示了不同方面的成本投入的一個(gè)合理配比是多少，對實(shí)際運(yùn)營具有重要意義。l 快速發(fā)現(xiàn)成本投入被浪費(fèi)的方面，或需要補(bǔ)充的方面。l 指導(dǎo)內(nèi)容分發(fā)調(diào)度的優(yōu)化。4.5

22、內(nèi)容分發(fā)模型內(nèi)容分發(fā)模型的目標(biāo)是給出調(diào)度內(nèi)容的分發(fā)對服務(wù)質(zhì)量和成本的影響。在這里，內(nèi)容分發(fā)可以被抽象為三元組（Cnew，Node，Cold），即內(nèi)容Cnew被分發(fā)到節(jié)點(diǎn)Node上，并替換Cold。如果Cold = 0，那么就意味著無需替換而僅僅是增加內(nèi)容。內(nèi)容分發(fā)直接影響的是存儲容量，從而會影響系統(tǒng)采購成本Cost_P或第三方服務(wù)成本Cost_O；對Node的服務(wù)質(zhì)量的影響則是針對內(nèi)容Cnew的服務(wù)質(zhì)量的提升和針對內(nèi)容Cold的服務(wù)質(zhì)量的下降。當(dāng)然，在真實(shí)的系統(tǒng)中，如果節(jié)點(diǎn)的存儲容量尚有剩余或者舊的內(nèi)容被替換，那么并不會增加任何成本；另外，如果被替換的舊內(nèi)容被關(guān)注的程度很低，那么也不會對整體服

23、務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生任何影響。因此，對于一個(gè)更加有意義的內(nèi)容分發(fā)模型來說，需要把這些因素也考慮進(jìn)去。這里用QoS_Content表示與所有內(nèi)容的分布相關(guān)的總體服務(wù)質(zhì)量，用QoS_Content_C表示與內(nèi)容C的分布相關(guān)的獨(dú)立服務(wù)質(zhì)量，二者之間存在如下關(guān)系：（公式1）QoS_Content = QoS_Content_C1 + QoS_Content_C2 + + QoS_Content_Cn = 1 QoS_Content + 2 QoS_Content + + n QoS_Content其中的系數(shù)表示某一內(nèi)容的影響系數(shù)，取值在0和1之間，所有的和為1。如果某一內(nèi)容已經(jīng)完全不被收看，那么它的影響系數(shù)就是

24、0；如果該內(nèi)容被廣泛點(diǎn)播，那么它的影響系數(shù)就可能接近1。因此，的計(jì)算方法就是統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)針對某一內(nèi)容的請求數(shù)和總請求數(shù)的比值。用QoS_Total表示整體服務(wù)質(zhì)量：QoS_Total = N (a QoS_A，r QoS_R，c QoS_C，q QoS_Q)即整體服務(wù)質(zhì)量是一個(gè)四元組，其中的a、r、c、q表示各個(gè)分量的系數(shù)，N即并發(fā)處理請求的數(shù)量。針對不同的系統(tǒng)，分量系數(shù)是一套常量，可以通過測試和計(jì)算線性方程來得到（類似于對QC1到QC4的計(jì)算）。當(dāng)然，這里并不關(guān)注服務(wù)質(zhì)量的絕對值，所以將a、r、c、q都設(shè)為1也是合理的。內(nèi)容的分布對QoS_Total的影響，主要在于QoS_R和QoS_C分

25、量。因此，可以定義QoS_Content = N (r QoS_R，c QoS_C)，同上，將r和c都設(shè)為1也是合理的。這樣就可以用實(shí)際可監(jiān)測的服務(wù)質(zhì)量來評估內(nèi)容服務(wù)質(zhì)量。然后，通過公式1就可以定位到單個(gè)內(nèi)容的獨(dú)立服務(wù)質(zhì)量，即QoS_Content_Ci =i N (r QoS_R，c QoS_C)。進(jìn)一步地通過QC2和QC3就可以用成本來評估內(nèi)容服務(wù)質(zhì)量。通過內(nèi)容分發(fā)模型，可以發(fā)現(xiàn)：l 哪些內(nèi)容值得被分發(fā)服務(wù)質(zhì)量高且成本占用可以接受的內(nèi)容。l 哪些舊的內(nèi)容可以被替換服務(wù)質(zhì)量低下或成本占用較大的內(nèi)容。在實(shí)際應(yīng)用中，如果要生成內(nèi)容分發(fā)調(diào)度方案，還要考慮人工制定的市場營銷策略的影響。人工策略是需要

26、首先被滿足的，因此要基于人工策略的評估結(jié)果來進(jìn)一步評估是否還需要優(yōu)化，如何優(yōu)化。以下給出具體方案的說明：1. 評估市場營銷策略中的內(nèi)容分布對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)質(zhì)量和成本的影響。如果人工策略中推送的內(nèi)容是全新的內(nèi)容，那么就找一個(gè)最受歡迎的內(nèi)容作為被推送內(nèi)容的起始參考內(nèi)容，以該內(nèi)容的服務(wù)質(zhì)量和成本影響作為新內(nèi)容的參考值。2. 如果對成本的要求尚未超出節(jié)點(diǎn)容量，那么就將內(nèi)容加入到待分發(fā)方案中；如果超出了節(jié)點(diǎn)容量，那么就將找出最需要被替換的內(nèi)容，將新內(nèi)容和待替換內(nèi)容一同加入到待分發(fā)方案中。3. 評估完所有運(yùn)營策略指定的內(nèi)容之后，如果節(jié)點(diǎn)尚剩余容量，那么進(jìn)入步驟4；否則進(jìn)入步驟5。4. 找出最值得被分發(fā)的內(nèi)

27、容，將內(nèi)容加入到待分發(fā)方案中，進(jìn)入步驟6。5. 找出最值得被分發(fā)的內(nèi)容和最需要被替換的內(nèi)容，將二者加入到待分發(fā)方案中。6. 評估總體服務(wù)質(zhì)量的提升，如果達(dá)到預(yù)期，那么過程結(jié)束；否則進(jìn)入步驟3。4.6 視頻內(nèi)容分發(fā)調(diào)度系統(tǒng)在架構(gòu)1中，M3會關(guān)注內(nèi)容的分布以及M2的負(fù)載情況，但M3不會控制內(nèi)容的分發(fā)，只是被動地接受所有的事實(shí)，然后再為終端設(shè)備分析并提供邊緣節(jié)點(diǎn)的地址。事實(shí)上，對于視頻推流這種占用帶寬且對延遲敏感的服務(wù)來說，地域因素（一般具體地會體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)延遲）會直接決定路由的結(jié)果。因此，M3本身并沒有優(yōu)化流量的能力。分發(fā)的功能一般是在M1上。簡單的按需分發(fā)（即M2拉取的方式）或人工策略下的定向分發(fā)

28、，M1都應(yīng)該可以勝任。但是，隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，各個(gè)模塊之間的發(fā)展逐漸趨于獨(dú)立，尤其是將一些模塊部分或全部地由第三方服務(wù)提供或托管之后，模塊之間就更加難以確知各自的結(jié)構(gòu)、規(guī)模和服務(wù)能力。這也就意味著M1會逐漸地失去對M2的感知能力，因此就很難建立更加復(fù)雜的內(nèi)容分發(fā)機(jī)制。即便能夠改進(jìn)M1的分發(fā)功能，也會發(fā)現(xiàn)M1的功能將越來越復(fù)雜，其職能也將逐漸變得模糊。這對于M1是致命的，因?yàn)镸1需要能夠具備非常出色的平滑升級和線性水平擴(kuò)容能力（不僅僅是存儲能力，還有流化內(nèi)容的吞吐能力），從而就需要簡單穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和機(jī)制。所以將M1的分發(fā)功能復(fù)雜化或者所謂的智能化，都會帶來非常嚴(yán)重的兼容性問題和擴(kuò)展性問題。本方案所提出的可持續(xù)優(yōu)化的內(nèi)容分發(fā)調(diào)度方法和系統(tǒng)就