一种基于多网络通道传输的内容缓存方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，属于无线通信技术领域。该方法包括根据可伸缩视频编码的特性，将视频内容编码到基础层和增强层中；将基础层的视频内容存储在宏基站中，将增强层的视频内容存储在小基站中，构建宏基站和小基站小基站分层缓存的系统架构；根据视频内容的内容流行度，计算用户从宏基站或/和小基站获取视频内容不同编码层的请求概率；根据缓存策略和用户质量需求，构建最小化时延满意度模型；对时延满意度模型进行转换，利用交替迭代算法获得最优缓存策略。本发明专利技术可有效地提高用户时延满意度，具有广阔的运用前景。运用前景。运用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多网络通道传输的内容缓存方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及一种基于多网络通道传输的内容缓存方法。

技术介绍

[0002]随着多媒体应用的蓬勃发展，由视频和音频组成的实时娱乐已经成为用户的主要流量请求，移动视频数据的惊人增长成为提升用户体验质量的较大阻碍。利用边缘缓存辅助的异构蜂窝网络，在蜂窝小区和小小区内部署流行视频数据，使得用户可以通过多网络通道完成内容请求，包括从蜂窝小区中直接获取、由蜂窝小区作为中继帮助用户从小小区中获取内容，以及小小区之间协作共享完成内容传输。通过多网络通道传输为用户分发请求内容，为用户提供了多种请求路径，则用户可以优先从时延最短的路径中进行内容获取，大大降低了用户的请求时延。然而，边缘节点有限的存储空间无法应对海量视频内容缓存。同时，用户对于不同视频的质量需求不同，例如，移动用户对于体育比赛和新闻报道的质量要求只处于低清流畅播放阶段，而对于娱乐节目和电影则需要高清观看质量。导致边缘节点需要缓存各种比特率版本的视频，给缓存部署带来了极大冗余。
[0003]为了更加高效地利用边缘存储空间，可以使用可伸缩视频编码(Scalable Video Coding，SVC)技术独特的分层特性对视频进行分层编码，SVC能够灵活方便地生成不同码率的视频层，考虑用户信道条件对于传输的影响，在信道条件不好时只对基本层的码流进行传输和解码，信道条件较好时，传输和解码增强层的码流来提高视频质量。通过考虑视频流行度，确定基础层视频缓存策略，从而适应多样化的用户需求和信道条件。同时，根据用户的需求在边缘节点存储不同帧率和比特率的增强层视频，避免高质量视频的大容量消耗以及多视频版本的重复存储，将不同层数的视频灵活地传输给用户，为用户提供更加个性化的内容提供服务。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，针对用户请求视频质量的多样性和边缘节点缓存空间的有限性，在异构蜂窝网络场景下，设计了基于SVC的协作缓存时延满意度最小化模型。考虑到存储空间的有效性，在缓存模型中进一步考虑了存储方案优化，在具有全局请求能力的宏基站中放置基础层视频内容，以供用户基础视频观看；在局部小基站区域根据用户需求和信道条件完成增强层放置，为用户提供个性化需求内容。接着，利用Dinkelbach算法转换时延满意度最小化问题，得到最优时延满意度，用户可以选择最短传输时延的路径获取请求内容，降低传输时延的同时保障请求视频的质量。最后，利用动态规划和双边交换设计了质量需求和缓存联合优化策略。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，该方法具体包括以下步骤：
[0007]S1：根据可伸缩视频编码的特性，将视频内容编码到基础层和增强层中；
[0008]S2：将基础层的视频内容存储在宏基站中，将增强层的视频内容存储在小基站中，
构建宏基站和小基站分层缓存的系统架构；
[0009]S3：根据视频内容的内容流行度，计算用户从宏基站或/和小基站获取视频内容不同编码层的请求概率；
[0010]S4：根据不同传输路径下的用户请求时延和满意度，构建最小化时延满意度模型，对缓存策略和用户质量需求进行优化；
[0011]S5：对时延满意度模型进行转换，利用交替迭代算法获得最优缓存策略。
[0012]本专利技术的有益效果在于：
[0013]本专利技术针对小基站和宏基站的覆盖特性和SVC的分层编码特性，设计了新的缓存方案，将具有基本观看能力的基础层视频存储在宏基站中以供全局用户获取，将具有增加视频质量能力的增强层视频存储在小基站中以供区域内用户请求，保障用户可以从最短时延的网络通道中获取请求内容，同时，在最大化缓存空间效率的基础上满足用户不同质量的视频需求。进一步在边缘节点协作场景下，构建了请求概率和时延模型，在此基础上进一步得到用户质量需求下的时延满意度模型，利用Dinkelbach算法对时延满意度问题重新建模，得到最优时延满意度。最后，在时延满意度最优解下，设计了质量需求和缓存联合优化算法，将该问题分解为用户质量需求子问题和缓存放置子问题，利用动态规划算法求解用户质量需求，并通过优先级列表结合双边交换获得最大化时延满意度下的缓存策略。
[0014]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0016]图1为本专利技术实施例的一种基于多网络通道传输的内容缓存方法流程图；
[0017]图2为本专利技术实施例的网络系统架构图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0020]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本
专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0021]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0022]请参阅图1，图1为本专利技术实施例的一种基于多网络通道传输的内容缓存方法流程图；如图1所示，本专利技术提供了一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，具体包括以下步骤：
[0023]步骤S1：根据可伸缩视频编码的特性，将视频内容编码到基础层和增强层中；
[0024]步骤1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：S1：根据可伸缩视频编码的特性，将视频内容编码到基础层和增强层中；S2：将基础层的视频内容存储在宏基站中，将增强层的视频内容存储在小基站中，构建宏基站和小基站分层缓存的系统架构；S3：根据视频内容的内容流行度，计算用户从宏基站或/和小基站获取视频内容不同编码层的请求概率；S4：根据缓存策略和用户质量需求，构建最小化时延满意度模型；S5：对时延满意度模型进行转换，利用交替迭代算法获得最优缓存策略。2.根据权利要求1所述的一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，其特征在于：所述S2具体包括以下步骤：S21：宏基站在缓存阶段将可伸缩视频编码后的基础层视频内容存储在宏基站中，定义二进制变量为宏基站缓存指标，c
i,0
＝1表示视频内容i的基础层缓存在宏基站中，c
i,0
＝0表示视频内容i的基础层未缓存在宏基站中；小基站；S22：根据用户的请求情况在小基站中缓存不同视频的增强层；定义二进制变量为小基站n的层缓存指标，如果c
i,n,l
＝1，则第i个视频内容的第l层存储在小基站n中，c
i,n,l
＝0表示未缓存。3.根据权利要求1所述的一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，其特征在于：所述S3具体包括以下步骤：S31：对视频内容按照流行度进行降序排列，流行度高的内容索引小，将内容流行度建模为Zipf分布，计算出每个视频内容的请求概率；S32：根据每个视频内容的请求概率，计算出每个视频内容的编码层的请求概率；S33：根据每个视频内容的编码层的请求概率，计算出用户从宏基站中获取视频内容的基础层的概率以及从本地小基站和协作小基站中获取视频内容的增强层的概率。4.根据权利要求1所述的一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，其特征在于：所述S4具体包括以下步骤：S41：计算出本地小基站到用户的数据速率，用户从本地小基站中下载视频内容的增强层的时延；S42：计算出宏基站到本地小基站的下行传输速率，用户从宏基站中下载视频内容的基础层的时延；S43：计算出协作小基站到宏基站的上行数据速率，用户从协作小基站中下载视频内容的增强层的时延；S44：根据S41
‑
S43的各速率和各时延，计算得到用户请求所有视频编码层的总时延；S45：根据用户从协作小基站中下载视频内容的数据速率，计算得到用户从协作小基站下载视频内容的增强层的成功传输概率；S46：根据用户的视频质量偏好计算用户对于请求到的视频内容的满意度；S47：根据用户对于请求到的视频内容的满意度以及用户请求所有视频编码层的总时延的比值，确定出用户对于单位时延下的满意度函数；S48：根据用户对于单位时延下的满意度函数以及约束条件，构建出最小化时延满意度
模型。5.根据权利要求4所述的一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，其特征在于：所述最小化时延满意度模型具体包括：P1:P1:P1:P1:P1:P1:P1:其中，Sat表示用户对于单位时延下的满意度函数，T表示系统内用户请求所有层数的总时延；优化变量c为宏基站和本地小基站n的缓存放置变量；k为用户请求层数需求变量；表示小基站集合，表示视频库中的视频内容集合，表示可伸缩视频编码的编码层集合，c
i,0
表示宏基站是否缓存视频内容i基础层的二进制变量，c
i,n,l
表示视频内容i的第l层是否缓存在本地小基站n中，k
u,i,l
表示用户u是否请求内容i的层l的二进制变量，s
i,u,1
表示用户u请求视频内容i基础层的大小，s
i,u,l
表示用户u请求视频内容i的增强层l的大小，M0表示宏基站的最大缓存容量，M
n
表示本地小基站n的最大缓存容量，L表示可伸缩视频编码的编码层的层数；C1和C2表示二进制缓存变量的约束；C3为用户请求层数二进制变量的约束；C4为宏基站的缓存容量约束；C5为SBS的缓存容量约束；C6表示对视频内容i的请求次数不能超过视频内容i的层数。6.根据权利要求1所述的一种基于多网络通道传输的内容缓存方法，其特征在于：所述S5中对时延满意度模型进行转换具体包括：利用Dink...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿，王汝言，吴大鹏，杨志刚，张普宁，王慧，李红霞，
申请(专利权)人：重庆信科设计有限公司，
类型：发明
国别省市：