[发明专利]能耗优化的流媒体应用带宽资源分配方法

摘要

本发明公开了一种能耗优化的流媒体应用带宽资源分配方法，适用于移动蜂窝网中，单个基站的流媒体带宽资源分配的场景，在基站和核心网之间部署的带宽分配控制器，定期收集网络流媒体应用的服务带宽，各个用户的信号强度信息，各个用户视频播放的速率，用户请求的流媒体数据大小等信息，当网络中移动用户请求流媒体数据的时候，带宽分配控制器运行能耗优化流媒体带宽资源分配算法，为蜂窝网中的流媒体用户进行带宽的分配，本发明可保证所有用户的缓冲时间有限和相对公平的服务，且使各个用户获得较小的能量消耗，还允许网络管理者通过精度参数，控制算法的复杂度和算法精度，同时根据调节系数V可以实现移动终端能耗与用户视频缓冲时间的权衡。

主权项

一种能耗优化的流媒体应用带宽资源分配方法，其特征在于，在蜂窝网的基站和核心网之间部署的带宽分配控制器，当网络中移动用户请求流媒体数据时，带宽分配控制器按照如下方法为各个用户分配带宽： 步骤一，在时隙t时，移动设备i向带宽分配控制器请求流媒体数据观看视频，请求的视频数据大小为M_i，此时带宽分配控制器给用户i分配新缓冲时间队列，并赋予队列长度初始值C_i(t)＝0，其他用户的队长不变；若时隙t有用户离开或者视频数据已经传输完毕，带宽分配控制器释放该用户的缓冲时间队列，不再为其分配宽带宽资源； 步骤二，带宽分配控制器收集用户i的信号强度signal_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)，设置网络带宽分配最小单元为ΔB，ΔB为带宽分配精度参数； 步骤三，带宽分配控制器根据收集的数据，对此时的带宽进行分配： (1)根据递推式，计算本时隙各个用户的伪队列长度C_i(t)，为后续计算做准备；根据信号强度计算用户i此时可支持的最大吞吐率Th(signal_i(t))，为每个用户建立一个候选带宽集合{0,ΔB,2ΔB,…,K_iΔB}，其中K_i为使得K_iΔB≤Th(signal_i(t))成立的最大整数；用S记录带宽分配总量，S的变换范围为{0,ΔB,2ΔB,…,K_SΔB}，其中K_S为使K_SΔB≤B(t)成立的最大整数； (2)初始化，令所有用户此时分配的带宽为d_i(t)＝0，数组a[i][s]记录瞬时带宽分配带来的最优效益值，在时刻开始时初始化a[i][s]←0，数组g[i][s]记录瞬时带来最优效益分配的带宽，在时刻开始时初始化g[i][s]←0，数组的大小均为N×(s+1)，其中s由(1)的K_s决定，s＝K_s； (3)对于用户i＝1，在最大吞吐率Th(signal_i(t))限制的条件下，该用户候选带宽集合中的带宽{0,ΔB,2ΔB,…,K₁ΔB}，将不同的带宽值d₁遍历带入用户效益函数 f(1,d₁)中，f(1,d₁)＝V·E₁(t)+C₁(t)(1‑b₁(t))，将每一个用户效益值f(1,d₁)赋值给将每个不同的带宽值d₁赋给其中d₁的范围为0≤d₁≤K₁ΔB；(4)从i＝2到i＝N，进行以下步骤，其中N为用户个数： (4.1)对于S从0到K_SΔB进行以下步骤，其中带宽的步进为ΔB； (4.2)遍历d_i(t)从0到K_iΔB，计算用户的瞬时总效益，记为f′(i,d_i(t))，令在遍历完所有可能带宽值之后，将用户i获得的最小值用户瞬时效益赋给并将最小瞬时总效益对应的带宽值d_i(t)赋给且需保证其中S‑d_i(t)≥0；(5)当所有用户都遍历完毕之后，选择数组a[i][s]中最后一行中最小的值对应的带宽赋给D_N，即给用户N分配的带宽为(6)对于用户N‑1到用户1，D_i＝D_i+1‑d_i+1，分配的带宽为步骤四，带宽分配控制器进入下一时隙，进行新一轮调度决策。新调度重复以上步骤。