能耗优化的流媒体应用带宽资源分配方法,申请号CN201410589678.8-传众专利搜索

发明名称	能耗优化的流媒体应用带宽资源分配方法
摘要	本专利公开了一种能耗优化的流媒体应用带宽资源分配方法，适用于移动蜂窝网中，单个基站的流媒体带宽资源分配的场景，在基站和核心网之间部署的带宽分配控制器，定期收集网络流媒体应用的服务带宽，各个用户的信号强度信息，各个用户视频播放的速率，用户请求的流媒体数据大小等信息，当网络中移动用户请求流媒体数据的时候，带宽分配控制器运行能耗优化流媒体带宽资源分配算法，为蜂窝网中的流媒体用户进行带宽的分配，本发明可保证所有用户的缓冲时间有限和相对公平的服务，且使各个用户获得较小的能量消耗，还允许网络管理者通过精度参数，控制算法的复杂度和算法精度，同时根据调节系数V可以实现移动终端能耗与用户视频缓冲时间的权衡。
申请公布号	CN104410870B	申请公布日期	2017.04.19
申请号	CN201410589678.8	申请日期	2014.10.28
申请人	清华大学	发明人	崔勇;鲍亚运;赖泽祺
分类号	H04N21/2385(2011.01)I;H04N21/647(2011.01)I;H04N21/61(2011.01)I	主分类号	H04N21/2385(2011.01)I
代理机构	西安智大知识产权代理事务所 61215	代理人	贾玉健
主权项	一种能耗优化的流媒体应用带宽资源分配方法，其特征在于，在蜂窝网的基站和核心网之间部署的带宽分配控制器，当网络中移动用户请求流媒体数据时，带宽分配控制器按照如下方法为各个用户分配带宽：步骤一，在时隙<img file="FDA0001222406430000011.GIF" wi="18" he="35" />时，移动设备<img file="FDA0001222406430000012.GIF" wi="17" he="36" />向带宽分配控制器请求流媒体数据观看视频，请求的视频数据大小为<img file="FDA0001222406430000013.GIF" wi="84" he="52" />此时带宽分配控制器给用户<img file="FDA0001222406430000014.GIF" wi="17" he="36" />分配新缓冲时间队列，并赋予队列长度初始值<img file="FDA0001222406430000015.GIF" wi="196" he="53" />其他用户的队长不变；若时隙<img file="FDA0001222406430000016.GIF" wi="18" he="35" />有用户离开或者视频数据已经传输完毕，带宽分配控制器释放该用户的缓冲时间队列，不再为其分配宽带宽资源；步骤二，带宽分配控制器收集用户<img file="FDA0001222406430000017.GIF" wi="17" he="36" />的信号强度<img file="FDA0001222406430000018.GIF" wi="212" he="53" />用户视频播放的平均速率<img file="FDA0001222406430000019.GIF" wi="67" he="41" />基站在本时隙可提供的流媒体服务带宽<img file="FDA00012224064300000110.GIF" wi="113" he="51" />设置网络带宽分配最小单元为<img file="FDA00012224064300000111.GIF" wi="203" he="40" />为带宽分配精度参数；步骤三，带宽分配控制器根据收集的数据，对此时的带宽进行分配：(1)根据递推式，计算本时隙各个用户的伪队列长度<img file="FDA00012224064300000112.GIF" wi="120" he="52" />为后续计算做准备；根据信号强度计算用户<img file="FDA00012224064300000113.GIF" wi="17" he="36" />此时可支持的最大吞吐率<img file="FDA00012224064300000114.GIF" wi="290" he="53" />为每个用户建立一个候选带宽集合<img file="FDA00012224064300000115.GIF" wi="469" he="52" />其中<img file="FDA00012224064300000116.GIF" wi="49" he="52" />为使得<img file="FDA00012224064300000117.GIF" wi="429" he="53" />成立的最大整数；用<img file="FDA00012224064300000118.GIF" wi="33" he="42" />记录带宽分配总量，<img file="FDA00012224064300000119.GIF" wi="33" he="42" />的变换范围为<img file="FDA00012224064300000120.GIF" wi="478" he="51" />其中<img file="FDA00012224064300000121.GIF" wi="59" he="52" />为使<img file="FDA00012224064300000122.GIF" wi="254" he="53" />成立的最大整数；(2)初始化，令所有用户此时分配的带宽为<img file="FDA00012224064300000123.GIF" wi="191" he="53" />数组<img file="FDA00012224064300000124.GIF" wi="130" he="49" />记录瞬时带宽分配带来的最优效益值，在时刻开始时初始化<img file="FDA00012224064300000125.GIF" wi="251" he="49" />数组<img file="FDA00012224064300000126.GIF" wi="133" he="50" />记录瞬时带来最优效益分配的带宽，在时刻开始时初始化<img file="FDA00012224064300000127.GIF" wi="253" he="50" />数组的大小均为<img file="FDA00012224064300000128.GIF" wi="225" he="51" />其中<img file="FDA00012224064300000129.GIF" wi="27" he="32" />由(1)的<img file="FDA00012224064300000130.GIF" wi="55" he="52" />决定，<img file="FDA00012224064300000131.GIF" wi="160" he="65" />(3)对于用户<img file="FDA00012224064300000132.GIF" wi="110" he="41" />在最大吞吐率<img file="FDA00012224064300000133.GIF" wi="265" he="53" />限制的条件下，该用户候选带宽集合中的带宽<img file="FDA00012224064300000134.GIF" wi="471" he="52" />将不同的带宽值<img file="FDA00012224064300000135.GIF" wi="38" he="53" />遍历带入用户效益函数<img file="FDA0001222406430000021.GIF" wi="148" he="53" />中，<img file="FDA0001222406430000022.GIF" wi="694" he="53" />其中，<img file="FDA0001222406430000023.GIF" wi="37" he="41" />是实现单个基站移动终端能耗和用户缓冲等待时间权衡的平衡因子，<img file="FDA0001222406430000024.GIF" wi="37" he="41" />越大节约的能量越多，而等待时间越长，<img file="FDA0001222406430000025.GIF" wi="99" he="53" />为用户<img file="FDA0001222406430000026.GIF" wi="17" he="37" />在时隙<img file="FDA0001222406430000027.GIF" wi="18" he="34" />中消耗的能量，<img file="FDA0001222406430000028.GIF" wi="609" he="149" /><img file="FDA0001222406430000029.GIF" wi="92" he="53" />为本时隙分配的带宽，<img file="FDA00012224064300000210.GIF" wi="165" he="53" />为传输能耗，<img file="FDA00012224064300000211.GIF" wi="618" he="53" /><img file="FDA00012224064300000212.GIF" wi="251" he="53" />为传输功率，即在一定的信号强度下，每传输1byte的数据消耗的能量，<img file="FDA00012224064300000213.GIF" wi="147" he="57" />为尾能耗，<img file="FDA00012224064300000214.GIF" wi="258" he="124" />为时隙<img file="FDA00012224064300000215.GIF" wi="20" he="39" />传输的数据可以维持的视频播放时间，<img file="FDA00012224064300000216.GIF" wi="42" he="41" />是流媒体应用每个时隙平均消耗的数据量称为播放速率；将每一个用户效益值<img file="FDA00012224064300000217.GIF" wi="148" he="53" />赋值给<img file="FDA00012224064300000218.GIF" wi="276" he="110" />将每个不同的带宽值<img file="FDA00012224064300000219.GIF" wi="39" he="53" />赋给<img file="FDA00012224064300000220.GIF" wi="277" he="110" />其中<img file="FDA00012224064300000221.GIF" wi="39" he="53" />的范围为<img file="FDA00012224064300000222.GIF" wi="300" he="53" />(4)从<img file="FDA00012224064300000223.GIF" wi="93" he="39" />到<img file="FDA00012224064300000224.GIF" wi="134" he="42" />进行以下步骤，其中<img file="FDA00012224064300000225.GIF" wi="45" he="41" />为用户个数：(4.1)对于<img file="FDA00012224064300000226.GIF" wi="33" he="42" />从0到<img file="FDA00012224064300000227.GIF" wi="123" he="52" />进行以下步骤，其中带宽的步进为<img file="FDA00012224064300000228.GIF" wi="91" he="43" />(4.2)遍历<img file="FDA00012224064300000229.GIF" wi="93" he="53" />从0到<img file="FDA00012224064300000230.GIF" wi="137" he="53" />计算用户的瞬时总效益，记为<img file="FDA00012224064300000231.GIF" wi="229" he="55" />令<img file="FDA00012224064300000232.GIF" wi="908" he="111" />在遍历完所有可能带宽值之后，将用户<img file="FDA00012224064300000233.GIF" wi="17" he="36" />获得的最小值用户瞬时效益赋给<img file="FDA00012224064300000234.GIF" wi="266" he="110" />并将最小瞬时总效益对应的带宽值<img file="FDA00012224064300000235.GIF" wi="93" he="53" />赋给<img file="FDA00012224064300000236.GIF" wi="276" he="110" />且需保证其中<img file="FDA00012224064300000237.GIF" wi="259" he="53" />(5)当所有用户都遍历完毕之后，选择数组<img file="FDA00012224064300000238.GIF" wi="128" he="49" />中最后一行中最小的值对应的带宽赋给<img file="FDA00012224064300000239.GIF" wi="96" he="52" />即<img file="FDA00012224064300000240.GIF" wi="716" he="123" />给用户<img file="FDA00012224064300000241.GIF" wi="45" he="41" />分配的带宽为<img file="FDA00012224064300000242.GIF" wi="338" he="110" />(6)对于用户<img file="FDA00012224064300000243.GIF" wi="103" he="41" />到用户1，<img file="FDA00012224064300000244.GIF" wi="314" he="53" />分配的带宽为<img file="FDA00012224064300000245.GIF" wi="300" he="110" />步骤四，带宽分配控制器进入下一时隙，进行新一轮调度决策，新调度重复以上步骤。
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