[发明专利]流媒体应用快速缓冲的带宽分配方法

说明书

技术领域

本发明属于移动蜂窝网中的流媒体应用带宽资源分配技术领域，特别涉及一种流媒体应用快速缓冲的带宽分配方法。

背景技术

目前PPLive，优酷等流媒体应用越来越受大众的欢迎，随着3G和LTE等无线接入技术的飞速发展，用户越来越喜欢在公车、地铁上看在线的视频。根据2014年的cisco网络指数调研报告，目前流媒体应用的流量已经占总的网络流量的53％，预计到2018年，将达到69％左右。因此，提高用户在观看流媒体视频时的用户体验是非常必要和紧迫的。

在移动蜂窝网中，衡量移动流媒体应用的指标主要为缓冲时间。当移动客户端缓存中数据低于一个门限时，视频播放暂停，需要等待数据下载后再播放，这段视频的间隔时间即为缓冲时间。视频播放越流畅，缓冲时间越小，用户体验越好。但是在无线移动蜂窝网中，由于变化的带宽，用户的不断移动性以及多用户之间的竞争，都可能会导致流媒体数据的供应不足，导致用户观看视频的卡顿。

针对视频的卡顿问题，现有的工作主要集中在满足用户当前的码率和控制等待队列这两个方面。Ali等人通过对单个用户的缓存器大小的控制来降低卡顿次数。这篇文章根据马尔科夫链对流媒体数据到达和使用进行分析，从而减少卡顿的次数。但是，文章没有考虑到网络信号强度的变化以及多个用户的情况，只适合理论上的研究和分析，在实际应用中的参考价值比较有限。

文章PROTEUS考虑了网络状况的变化，通过预测未来一段时间的信号变化和网络情况来调整视频数据的下载，提高用户的体验。由于对网络状况预测的准确性将严重影响系统的性能，因此能否达到可靠的准确性显得十分重要。根据调查，机器学习的预测，其准确率只有70％左右，历史路径预测的方法在理想情况下可以达到90％左右。因此，利用预测来提高用户的体验，有一定的风险。Chen等人提出来了一种调度算法，满足用户当前的比特率，提高资源利用率。但是该方法保证当前视频的播放，并没有考虑未来的播放情况，且缓存中数据对播放的影响也没有体现。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种流媒体应用快速缓冲的带宽分配方法，当一个移动蜂窝网基站范围中，有多个用户请求流媒体数据，多用户之间发生信道的竞争，会导致数据传输的等待和视频的卡顿，本发明针对这种场景，通过在线调度，不需要对信号强度进行预测，提高算法的实用性和带宽利用率，能够保证流媒体视频播放的流畅性，提高用户播放的体验，不仅适用于单基站的场景，还可以适用于单AP资源竞争的场景。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种流媒体应用快速缓冲的带宽分配方法，在蜂窝网的基站和核心网之间需要部署带宽分配代理，当网络中移动用户请求流媒体数据时，带宽分配代理按照如下方法为各个用户分配带宽：

步骤一，在时隙t时，用户i向带宽分配代理请求流媒体数据，大小为M_i，带宽分配代理记录用户；若时隙t有用户离开或者用户的数据已经传输完毕，带宽分配代理释放该用户的请求，不再为其分配宽带宽资源；

步骤二，带宽分配代理收集用户i的信号强度s_i(t)，用户视频播放的平均速率p_i，基站在本时隙可提供的流媒体服务带宽B(t)，用参数S来记录此时隙分配剩余的带宽量，时隙开始时，令S＝B(t)；

步骤三，带宽分配代理根据收集的数据，对此时的用户需求带宽进行分配：初始化，d_i(t)记录带宽分配代理在时隙t给用户i分配的带宽，在时隙开始时，赋初值0，d_i(t)←0，i＝1,2,…,N；d_sup(i)记录带宽分配代理在本时隙能够给用户i分配的最大带宽，在时隙开始时，赋初值1，d_sup(i)←1，i＝1,2,…,N，其中N为用户个数；记带宽分配中间参数记为d′_i(t)，在时隙开始时，令d′_i(t)＝d_i(t)；记带宽剩余量中间参数记为S′，在时隙开始时，令S′＝S；

步骤四，将N个用户的播放速率p_i从小到大进行排序，并重新编号，计算每个用户维持流畅播放到下一时隙需要的数据量d_need(i)；

步骤五，从第1个用户到第N个用户，当基站在本时隙剩余的带宽S>0时，进行第一次带宽分配：

(a)计算此时本基站可以给用户i传输的数据量d_sup(i)；