[发明专利]一种基于编码和缓存的跨层联合的视频传输方法、系统

说明书

本发明公开了一种基于编码和缓存的跨层联合的视频传输方法，该方法根据回程链路负载、传输包个数所满足的条件建立回程链路安全传输模型；建立视频文件的体验质量QoE和编码包大小之间的函数关系，MEC缓存、视频文件传输时延和编码包大小的函数关系；建立以上两个函数关系，视频编码码率、MEC缓存的容量和回程链路安全传输模型为约束条件，以最大化视频体验质量和最小化传输时延为优化目标，建立视频编码参数和MEC缓存联合优化模型；对视频编码参数和MEC缓存联合优化模型求近似最优解，利用近似最优解为视频文件制定体验质量最大化和传输时延最小化的存储策略。本发明能够在保证回程链路安全的情况下提升视频体验质量和减小传输时延。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于编码和缓存的跨层联合的视频传输方法、系统。

背景技术

随着视频处理技术和移动通信技术的飞速发展，涌现了大量面向大规模连接的超高清(UHD)视频点播(VoD)。用户视频请求的数量急剧增长，导致网络流量负担沉重，用户等待时间长，这些因素会给视频请求用户带来较差的体验质量(QoE)。移动边缘计算(MEC)技术作为第五代(5G)系统中云边缘协作网络的关键技术之一，为应对这些挑战提供了一种有前途的方法。由于MEC服务器更靠近网络边缘的用户，并且拥有强大的智能存储功能来预缓存热门视频，因此可以从MEC服务器直接将大量视频内容传递给用户，以减少回程流量负担和传输延迟。因此，如何利用MEC来满足视频用户的高QoE要求值得研究。

近年来，视频的版权保护变得越来越重要。而且，只有特定用户才能接收到的新兴付费VIP和保密数据服务，使视频内容的安全传输成为云边缘协作网络中不可忽视的问题。

具体而言，对于云边缘协作网络中的视频传输，当视频数据以单播方式从云服务器传输给用户时，窃听用户和合法用户同时同频接收信息。一旦窃听者的信道条件好于合法用户的，窃听者就可能成功窃听视频数据包，从而导致数据泄漏并侵犯视频版权和用户利益。因此，安全的数据传输很重要。对于从MEC服务器到用户的链路的传输安全性，已经进行了广泛深入研究的现有物理层安全(PLS)机制就足够了。然而，PLS机制复杂且成本高，因为它可以确保每个视频包的安全性。如果使用它来确保从云服务器到MEC服务器的回程链路的传输安全性，则回程链路的流量负载非常沉重，在一个MEC服务器与多个基站相连的分布式缓存场景中，其成本和系统开销可能无法承受。因此，迫切需要开发一种复杂度低，成本低的安全机制，以确保回程链路从云到MEC服务器的安全传输，而不是使用严格而复杂的传统PLS机制。

近年来，研究者们很少考虑云边缘协作网络中的安全回程链路问题。只有少数文献作者在研究边缘异构网络中的最佳缓存位置时考虑了回程链路的安全风险。然而，文中的安全传输方案针对的是普通的数据传输，忽略了视频应用程序的特性，这导致现有的安全传输方案对视频应用的性能较差。

发明内容

本发明的目的在于解决上述云边缘协作网络中通过回程链路进行安全视频传输的问题，提出了一种基于编码和缓存的跨层联合的视频传输方法、系统，本发明能够在保证回程链路安全的情况下提升视频体验质量和减小传输时延。

为了达到上述目的，本发明所述的回程链路安全约束下体验质量驱动的视频编码和MEC缓存联合优化方法包括以下步骤：

一种基于编码和缓存的跨层联合的视频传输方法，包括如下过程：

根据回程链路负载和回程链路安全传输时回程链路传输包个数所满足的条件建立回程链路安全传输模型；

根据体验质量QoE和视频文件的编码包大小之间的函数关系、视频文件的传输时延和MEC缓存、编码包大小的函数关系，以视频文件的视频编码码率、MEC缓存的容量和回程链路安全传输模型为约束条件，以最大化视频体验质量和最小化传输时延为优化目标，建立视频编码参数和MEC缓存联合优化模型；

对视频编码参数和MEC缓存联合优化模型求近似最优解，利用近似最优解为视频文件制定体验质量最大化和传输时延最小化的传输策略。