[发明专利]一种利用车载AP进行视频缓存、转码和传输的系统及其工作方法

权利要求书

1.一种利用车载AP进行视频缓存、转码和传输的系统，其特征在于，该系统包括车载AP、移动设备、控制器和视频服务器，其中，

车载AP：周期性向控制器发送当前车载AP的位置、速度、工作信道信息；负责视频块的缓存、转码，并使用缓存替换策略进行缓存更新；

移动设备：周期性将当前移动设备的位置、速度、网卡数量发送给控制器，向控制器查询周围可用的车载AP列表及其期望吞吐量和期望通信时间，根据控制器返回结果，选择合适的车载AP进行连接；移动设备上的视频客户端根据所连接的车载AP的期望吞吐量和期望通信时间决定请求的视频码率；

控制器：控制器收集车载AP的信息，响应移动设备查询请求，根据移动设备和车载AP的位置、速度信息，结合吞吐量模型计算期望吞吐量，向移动设备返回可用的候选车载AP列表及其期望吞吐量和期望通信时间；其中所述吞吐量模型是瞬时吞吐率对通信时间积分得到，而瞬时吞吐率由对数距离路径损耗模型和香农定理共同决定，其形式为：

其中，Throughput为移动设备与车载AP通信的瞬时吞吐率，B是信道带宽，RSSI是接收信号强度，b是接收端的噪声强度，ω是实际TCP吞吐量占上限容量的比例；

视频服务器：将内容切分成固定播放长度的视频块，并对每块提供不同码率的版本以供用户选择。

2.根据权利要求1所述的利用车载AP进行视频缓存、转码和传输的系统，其特征在于，所述车载AP为安置在车上的WiFi访问点，具备存储和计算能力。

3.根据权利要求1所述的利用车载AP进行视频缓存、转码和传输的系统，其特征在于，所述移动设备支持MPTCP协议并配备有多个网卡，或者通过USB端口扩展到多个网卡。

4.一种根据权利要求1-3中的任一项所述的利用车载AP进行视频缓存、转码和传输的系统的工作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)车载AP周期性向控制器汇报当前位置、速度、工作信道信息，控制器接收并存储这些信息；车载AP根据最大通信距离、速度信息，结合吞吐量模型，决定缓存视频的码率，并对流行内容进行缓存；

2)移动设备周期性将当前移动设备的位置、速度、网卡数量信息发送给控制器，请求查询周围可用的车载AP列表及其期望吞吐量和期望通信时间；

3)控制器根据移动设备和车载AP的位置、速度信息，结合吞吐量模型计算移动设备和某车载AP建立连接的期望吞吐量，并根据期望吞吐量对车载AP进行筛选和排序，将排序后的车载AP列表及其期望吞吐量、期望通信时间返回给移动设备，其中所述吞吐量模型是瞬时吞吐率对通信时间积分得到，而瞬时吞吐率由对数距离路径损耗模型和香农定理共同决定，其形式为：

其中，Throughput为移动设备与车载AP通信的瞬时吞吐率，B是信道带宽，RSSI是接收信号强度，b是接收端的噪声强度，ω是实际TCP吞吐量占上限容量的比例；

4)移动设备根据候选车载AP列表及其期望吞吐量和期望通信时间，在合适的时机进行车载AP的选择和切换；移动设备上的视频客户端根据所连接车载AP的期望吞吐量和期望通信时间决定请求的视频码率，并向车载AP请求视频块；

5)车载AP将请求的视频块传输给视频客户端，并根据缓存策略进行缓存更新。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述步骤5)包括：如果车载AP缓存有视频客户端请求的码率的视频块，则直接传输给视频客户端；如果车载AP缓存有视频客户端请求的视频块但码率大于视频客户端请求，则车载AP将视频块转码为低码率后传输给视频客户端，同时更新缓存；如果车载AP未缓存请求的内容，或缓存有视频客户端请求的视频块，但码率低于视频客户端请求，则车载AP从视频服务器下载视频客户端所请求码率的视频块，传输给视频客户端，同时更新缓存。

6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，所述缓存更新策略为：对于需要缓存的视频块，在存储空间可用的情况下直接将所述视频块添加到缓存中；如果存储空间不可用，则根据LRU算法找到最近最少被访问的视频块，保留最高码率的视频块，释放低码率视频块占用的存储空间，直到有足够空间存储该需要缓存的视频块；如果仍然没有足够的存储空间，则按照LRU替换最近最少访问的视频块。