[发明专利]基于边缘计算和主动缓存的360度虚拟现实视频传输系统及参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于边缘计算和主动缓存的360度虚拟现实视频传输系统，其联合考虑了视频编码、主动缓存、计算卸载和数据传输和视野预测。本发明系统包括云服务器、MEC服务器、客户端、云服务器到MEC服务器的多跳有线网络、MEC服务器到客户端的单跳无线网络、云服务器到客户端的多跳有线和单跳无线网络。为了解决虚拟现实视频业务中严格的从用户发出真实的视野请求到用户重新开始观看新的视频块的端到端时延问题，本发明利用虚拟现实用户的视野预测来缓存视频数据，并将部分解码渲染任务卸载到MEC服务器上；此外，本发明还公开了系统的参数优化方法，以最大限度地提高用户的体验质量。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种基于边缘计算和主动缓存的360度虚拟现实视频传输系统及参数优化方法。

背景技术

移动虚拟现实有望成为未来5G的杀手级应用之一，它是指通过多跳网络将移动虚拟现实视频和声音文件从云服务器传输到用户终端设备，从而实现云服务器或边缘服务器的存储和渲染的虚拟现实业务；借助云计算技术和稳定的千兆光纤网络，该应用已被证明是切实可行的。360度视频，也就是所谓的三自由度球形视频，可以为用户提供沉浸式体验；由于360度移动虚拟现实视频结合了5G中增强型移动宽带业务的高容量和超可靠低时延通信业务的严格时延和可靠性的多重要求，因此到目前为止要支持这一应用还存在许多技术难点。

目前，该领域的部分研究集中在传统的方法上，包括提高传输速率或降低带宽要求。现有文献和专利中提高传输速率的方法主要集中在三个方面：多连接技术、有效的资源分配、毫米波无线通信。例如公开号为CN109068151B的中国专利中提出了一种边缘计算和毫米波蜂窝网协同的虚拟现实视频传输方法，但是该方法并没有利用边缘计算(Mobileedge computing，MEC)服务器的计算处理功能。另外，还有文献考虑联合利用缓存、计算、通信的资源，如文献[Y.Sun,Communications,caching,and computing for mobile virtualreality:Modeling and tradeoff,IEEE Transactions on Communications,vol.67,no.11,pp.7573-7586,Nov.2019]中提到的缓存和计算联合优化方法，但是该方法没有考虑到用户视野(Field of View，FoV)信息未知的情况给视频传输方法带来的影响。为了更好地将虚拟现实视频数据缓存在网络的边缘，需要根据用户的行为和历史的视野区域的信息进行视野预测，例如公开号为CN108833880B的中国专利提出的利用跨用户行为模式进行视点预测并实现虚拟现实视频最优化传输的方法和装置，但是该专利技术未能合理利用边缘计算服务器充足的计算资源来减小端到端延时。

鉴于实现移动虚拟现实应用的困难，结合计算、通信和存储被认为是支持这些应用的关键。虽然上述提到的文献或专利有针对360度移动虚拟现实视频传输中的问题提出一些结合蜂窝网通信、边缘缓存、通信和计算资源联合优化的方案，但没有一个全面的系统设计能够在利用上述所有技术的同时，考虑核心网和边缘网的视频编码、数据存储和数据传输。此外，为了合理地设计系统工作流程并有效地调整系统的参数配置，以便最大限度地保障用户的服务质量和提升用户的体验质量，我们需要一种综合使用视频编码、主动缓存、计算卸载、数据传输和视野预测等技术的系统配置方法。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于边缘计算和主动缓存的360度虚拟现实视频传输系统，联合考虑了视频编码、主动缓存、计算卸载、数据传输和视野预测。为了解决严格的从用户发出真实的视野请求到用户重新开始观看新的视频块的端到端时延问题，本发明利用用户的视野预测来缓存视频数据并将部分解码渲染任务卸载到MEC服务器上。同时，本发明还给出调整系统参数的方法，以最大限度地提高用户的体验质量。

一种基于边缘计算和主动缓存的360度虚拟现实视频传输系统，包括：云服务器、MEC服务器以及客户端；其中：