一种全景视频分片移动网络缓存方法及系统、全景视频下载方法技术方案

本发明专利技术公开了一种全景视频分片移动网络缓存方法及系统、全景视频下载方法。本方法为：1)在核心网EPC中设置一缓存节点，在接入网RAN的每一基站中分别设置一缓存节点；2)视频源服务器端将全景视频进行空间维度的分片，即将每一待缓存的全景视频k划分为M行N列，得到M×N个视频分片，在时间维度上将全景视频K划分为T个时间分片，

Panoramic video fragmentation mobile network caching method and system, panoramic video download method

The invention discloses a panoramic video fragmentation mobile network caching method, a system and a panoramic video downloading method. The method is as follows: 1) Setting up a buffer node in EPC of core network and one buffer node in each base station of access network RAN; 2) The video source server divides the panoramic video into M rows and N columns, and gets M*N video fragments in the time dimension. The scene video K is divided into T time slices.

【技术实现步骤摘要】
一种全景视频分片移动网络缓存方法及系统、全景视频下载方法
本专利技术涉及一种EPC(EvolvedPacketCore，核心网)和RAN(RadioAccessNetwork，接入网)协作的全景视频分片移动网络缓存方法，属于计算机软件

技术介绍
作为虚拟现实(VR,VirtualReality)技术应用的内容承载，全景视频扮演着重要作用。对全景视频进行缓存，可以有效解决时延及带宽占用问题，但由于全景视频数据量非常大，传输全景视频时会对网络特别是无线网络造成巨大压力，导致现如今的虚拟现实应用往往不能给人带来满意的效果，特别是一些针对全景视频的VR应用，对时延要求较高，在带宽有限的移动网络中传输往往具有一定困难。因此如何对全景视频进行缓存，不影响用户观看效果又不影响带宽占用是一亟待解决的问题。
技术实现思路
针对
技术介绍
中描述的现状，本专利技术提出一种EPC和RAN协作的全景视频分片移动网络缓存方法。由于全景视频的特性，用户只对用户视角部分进行观看，而对整个全景视频进行缓存，会浪费有限的缓存空间，因此本专利技术对全景视频进行分片，在空间维度分成若干tile分片，在时间维度分成若干chunk分片，对视频分片进行缓存。本专利技术主要针对全景视频在移动网络传输中遇到的时延问题，提出一种EPC和RAN协作的全景视频分片移动网络缓存技术。在LTE(LongTermEvolution)网络中，接入网RAN侧缓存距离用户近，可以最大限度节约网内流量，减轻网络压力，但缓存空间较小，用户少，缓存命中率低；核心网EPC缓存覆盖用户多，命中率高，但用户对视频的请求需要经过回程链路backhaul，会对网络造成一定压力。本专利技术的技术方案为：一种全景视频分片移动网络缓存方法，其步骤包括：1)在核心网EPC中设置一缓存节点，在接入网RAN的每一基站中分别设置一缓存节点；2)视频源服务器端将全景视频进行空间维度的分片，即将每一待缓存的全景视频k划分为M行N列，得到M×N个视频分片，在时间维度上将该全景视频K划分为T个时间分片，视频分片表示第k个视频中第m行第n列时间为t的视频分片；确定出该全景视频k的用户视角范围viewport，即每一视频分片的请求概率3)内容控制器根据该全景视频k的分片信息和网络开销对该全景视频k的视频分片进行优化计算；各所述缓存节点根据优化计算结果缓存全景视频分片。进一步的，对该全景视频k的视频分片进行缓存优化的计算方法为：21)初始化种群数量spop、染色体长度l、交叉率pc、变异率pm和终止代数nge；初始化候选结果X来产生第一代种群；其中，候选结果X是Xt的集合，表示时间的集合，表示全景视频的集合，Xt是一组0-1变量表示视频分片是否被缓存节点i缓存，若被缓存，则否则，第一代种群里包含有种群数量spop个个体X，每一个X都表示对K个视频全部分片的缓存优化结果；22)每次迭代时计算当前代种群中各X的适应度值τ，若X满足约束条件，则保存当前得到的适应度值τ，若X的不满足约束条件，则将适应度值τ设置为0；选择适应度值高的若干个体X，产生下一代新种群；当种群代数g达到设定的终止代数nge，循环结束，得到适应度值最高的X，即最终的缓存优化结果。进一步的，每次迭代时利用公式计算当前代种群中各X的适应度值τ；其中，τk(Xt)是用以计算访问全景视频k而节省的带宽的函数。进一步的，所述适应值其中，是缓存节点的集合，为从缓存节点i对视频分片的请求概率，表示视频分片的大小，c0为将单位大小的视频分片从视频源服务器上传输到EPC的缓存节点的带宽开销，ci为将单位大小的视频分片从EPC的缓存节点上传输到RAN缓存节点i的带宽开销，为通过缓存节点i所在基站从EPC缓存中获取视频分片可节省的带宽开销，为通过缓存节点i所在基站从缓存节点j所在基站上间接获取视频分片时可节省的最大带宽开销，分别表示在t时刻用户视觉范围viewport的顶端行数，底端行数，左端列数，右端列数。进一步的，所述约束条件包括：其中，Bi表示缓存节点i的最大缓存空间，wi表示从缓存节点i到用户的带宽,ws表示从视频源服务器到用户的带宽，T表示最大的传输时延。进一步的，所述核心网EPC中的缓存节点部署在PDN网关P-GW中。一种全景视频分片移动网络缓存系统，包括核心网EPC、与核心网EPC的服务网关连接的接入网RAN和与核心网EPC连接的视频源服务器，其特征在于，在核心网EPC中设置一缓存节点，在接入网RAN的每一基站中分别设置一缓存节点；其中，视频源服务器，用于将全景视频进行空间维度的分片，即将每一待缓存的全景视频k划分为M行N列，得到M×N个视频分片，在时间维度上再将每个空间维度的视频分片划分为T个时间分片，视频分片表示第k个视频中第m行第n列时间为t的视频分片，并确定出该全景视频k的用户视角范围viewport，即每一视频分片的请求概率内容控制器根据该全景视频k的分片信息和网络开销对该全景视频k的视频分片进行优化计算；各所述缓存节点根据优化计算结果缓存全景视频分片。进一步的，所述核心网EPC初始化种群数量spop、染色体长度l、交叉率pc、变异率pm和终止代数nge；初始化候选结果X来产生第一代种群；其中，候选结果X是Xt的集合，表示时间的集合，表示全景视频的集合，Xt是一组0-1变量表示视频分片是否被缓存节点i缓存，若被缓存，则否则，第一代种群里包含有多个个体X，每一个X都表示对K个视频全部分片的缓存优化结果；然后每次迭代时计算当前代种群中各X的适应度值τ，若X满足约束条件，则保存当前得到的适应度值τ，若X的不满足约束约束条件，则将适应度值τ设置为0；选择适应度值高的若干个体X，产生下一代新种群；当种群数目g达到设定的终止代数nge，循环结束，得到适应度值最高的X，即最终的缓存优化结果。进一步的，所述适应值其中，是缓存节点的集合，为从缓存节点i对视频分片的请求概率，表示视频分片的大小，c0为将单位大小的视频分片从视频源服务器上传输到EPC的缓存节点的带宽开销，ci为将单位大小的视频分片从EPC的缓存节点上传输到RAN缓存节点i的带宽开销，为通过缓存节点i所在基站从EPC缓存中获取视频分片可节省的带宽开销，为通过缓存节点i所在基站从缓存节点j所在基站上间接获取视频分片时可节省的最大带宽开销，分别表示在t时刻用户视觉范围viewport的顶端行数，底端行数，左端列数，右端列数。一种全景视频下载方法，其步骤包括：当用户通过用户终端UE请求一部全景视频k时，该用户终端UE连接的基站首先检查本地RAN缓存是否已经缓存该全景视频k，若本地RAN缓存已有，则会通过无线接入网传输给该用户终端UE；若本地RAN缓存没有缓存该全景视频k，则将该请求会转发至EPC的缓存节点或其他的RAN缓存节点，若EPC的缓存节点或其他的RAN缓存节点已经缓存该全景视频k，则将其传输给与该用户终端UE相连的RAN缓存节点，再传输给该用户终端UE；否则将该请求发送给视频源服务器为该用户终端UE提供服务。通过采取上述技术方案，本专利技术具有以下优点：本专利技术方案充分利用EPC缓存与RAN缓存的优点，考虑全景视频的特性对其进行分片，针对不同关注度的全景视频分片，使用不同的缓存放置策略，优化了全景视频请求的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全景视频分片移动网络缓存方法，其步骤包括：1)在核心网EPC中设置一缓存节点，在接入网RAN的每一基站中分别设置一缓存节点；2)视频源服务器端将全景视频进行空间维度的分片，即将每一待缓存的全景视频k划分为M行N列，得到M×N个视频分片，在时间维度上将该全景视频K划分为T个时间分片，视频分片

【技术特征摘要】
1.一种全景视频分片移动网络缓存方法，其步骤包括：1)在核心网EPC中设置一缓存节点，在接入网RAN的每一基站中分别设置一缓存节点；2)视频源服务器端将全景视频进行空间维度的分片，即将每一待缓存的全景视频k划分为M行N列，得到M×N个视频分片，在时间维度上将该全景视频K划分为T个时间分片，视频分片表示第k个视频中第m行第n列时间为t的视频分片；确定出该全景视频k的用户视角范围viewport，即每一视频分片的请求概率3)内容控制器根据该全景视频k的分片信息和网络开销状况对该全景视频k的视频分片进行优化计算；各所述缓存节点根据优化计算结果缓存全景视频分片。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对该全景视频k的视频分片进行缓存优化的计算方法为：21)初始化种群数量spop、染色体长度l、交叉率pc、变异率pm和终止代数nge；初始化候选结果X来产生第一代种群；其中，候选结果X是Xt的集合，表示时间的集合，表示全景视频的集合，Xt是一组0-1变量表示视频分片是否被缓存节点i缓存，若被缓存，则否则，第一代种群里包含有种群数量spop个个体X，每一个X都表示对K个视频全部分片的缓存优化结果；22)每次迭代时计算当前代种群中各X的适应度值τ，若X满足约束条件，则保存当前得到的适应度值τ，若X的不满足约束条件，则将适应度值τ设置为0；选择适应度值高的若干个体X，产生下一代新种群；当种群代数g达到设定的终止代数nge，循环结束，得到适应度值最高的X，即最终的缓存优化结果。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每次迭代时利用公式计算当前代种群中各X的适应度值τ；其中，τk(Xt)是用以计算访问全景视频k而节省的带宽的函数。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述适应值其中，是缓存节点的集合，为从缓存节点i对视频分片的请求概率，表示视频分片的大小，c0为将单位大小的视频分片从视频源服务器上传输到EPC的缓存节点的带宽开销，ci为将单位大小的视频分片从EPC的缓存节点上传输到RAN缓存节点i的带宽开销，为通过缓存节点i所在基站从EPC缓存中获取视频分片可节省的带宽开销，为通过缓存节点i所在基站从缓存节点j所在基站上间接获取视频分片时可节省的最大带宽开销，分别表示在t时刻用户视觉范围viewport的顶端行数，底端行数，左端列数，右端列数。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括：m∈{1,2,…,M},n∈{1,2,…,N}；其中，Bi表示缓存节点i的最大缓存空间，wi表示从缓存节点i到用户的带宽,ws表示从视频源服务器到用户的带宽，T表示最大的传输时延。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核心网EPC中的缓存节点部署在PDN网关P-GW中。7.一种全景视频分片移动网络缓存系统，包括核心网EPC...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科栋，刘延伟，丁颖，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11