[发明专利]一种视频流在P2P覆盖网络中基于拍卖的带宽分配方法

权利要求书

1.一种视频流在P2P覆盖网络中基于拍卖的带宽分配方法，其特征在于：第一，节点间以双向拍卖的形式，一方面出售自己的上行带宽给其它节点，另一方面向其他节点购买带宽；第二，计算下游节点在每轮拍卖中至少可分配到的带宽，是基于卖方要价的，其具体过程如下：

a.网络模型及相关参数

视频流由覆盖网以速率R进行传输；覆盖网可抽象为有向图G＝(V,E)，其中V代表所有参与该网络的节点集合，E代表节点之间有向链路的集合，d_ij为链路(i,j)的平均传输时延参数；节点加入覆盖网，可在终端解码出视频，ΔD(·)表示覆盖网中的效用函数；

节点组织的每轮拍卖分为两个子周期：在分配周期内，拍卖组织节点i广播其要价，下游节点根据要价确定带宽请求量，根据下游节点的最优带宽请求量，上游节点使用一种分配策略出售其上行带宽在竞拍周期内，上游节点接收到所有参与拍卖的下游节点的总需求后，将其与节点的可用上行带宽比较，根据总需求与供给量的关系，确定下游节点至少可分配到的带宽量，同时，上游节点调整拍卖的要价，之后，根据新的要价，下游节点重新确定带宽请求量，直到网络中所有节点需求都得到满足，系统达到均衡状态，此时系统达到最优分配；系统达到均衡状态所经历的拍卖轮数称为收敛速度；

b.优化目标

对于下游节点j，其请求带宽的目标是有足够的带宽接收最佳的视频质量，下游节点在选择最佳上游节点时，不仅考虑上游节点带宽要价，而且还考虑到链路延时问题，应选择链路延时最小的上游节点请求带宽，因此下游节点在覆盖网的优化问题如下：

P1:

s.t.

1)

2)

优化目标：下游节点总效用最大化，即效用函数减去链路延时和竞拍代价最大化,这里r_ij代表下游节点j向上游节点i请求的带宽量，p_i代表上游节点i的要价；

约束条件：在覆盖网中，下游节点向所有上游节点请求的总带宽小于等于该覆盖网的传输速率；

而上游节点i的优化问题则为：

P2:

s.t.

Σj:(i,j)∈Exij≤Ciu,∀i:(i,j)∈E]]>

优化目标：上游节点拍卖带宽所得收入最大化；

约束条件：

上游节点可出售的带宽总量受其上传带宽限制；

上述双向拍卖过程为：

(1)、初始化

设置网络规模即网络节点数目为N，初始拍卖时间t＝0，要价的价格增加步长δ；

所有上游节点i：初始要价在P2P覆盖网络中发送上游节点i要价；

(2)、确定带宽请求量

参加拍卖的下游节点j：参加拍卖的下游节点j接收到上游节点的要价后，求出最优带宽请求量将最优带宽请求量再发送给相应的上游节点；

(3)、要价更新

上游节点i：上游节点接收到来自参加拍卖的所有下游节点的带宽请求量后，统计上游节点i组织拍卖中的带宽总请求量将带宽总请求量与上游节点已拥有的上传带宽比较，如果带宽总请求量大于则转步骤(4)，否则转步骤(5)；

(4)、判断网络中所有节点的需求

若网络中存在节点网络中存在节点需求过剩，即

Σj:(i,j)∈Erij>Ciu,∀i]]>

{

如果节点i需求过剩，即

{

要价计算此轮拍卖过程中下游节点j至少可分配到的带宽量

这里代表t时刻，上游节点i要价为时，下游节点j向上游节点i申请的带宽量

}

Else

{

维持原价计算此轮拍卖过程中下游节点j至少可分配到的带宽量

}

令t＝t+1，广播更新后的要价给下游节点，

重复步骤(2)和步骤(3)，

}

(5)、停止迭代，拍卖结束，网络达到均衡状态；

(6)、令拍卖时间t＝T代表拍卖结束时间，

如果上游节点要价为：下游节点分配到的带宽量等于其请求带宽量，即

下游节点j的效用函数为：

U*(PT,r*)=ΔD(Σi:(i,j)∈Emrij*)-Σi:(i,j)∈Emdij·rij*-Σi:(i,j)∈Emvij(pi*)]]>

如果网络中存在节点的需求未满足，那么拍卖迭代进行，直至网络中所有节点需求都得到满足，则拍卖达到收敛，

下游节点实际分配到的带宽量为：

xij(pi*)=rij(pi*)=xij(pi0)+Σt=1T(xij(pit)-xij(pit-1))]]>

下游节点实际应向上游节点支付的费用为：

vij(pi*)=xij(pi0)·pi0+Σt=1Tpit·(xij(pit)-xij(pit-1)).]]> 3