一种面向视频质量自适应的无线边缘缓存和边缘计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115988283A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211715423.2(22)申请日2022.12.29(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人韩圣千廖书瑶(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121专利代理师易卜(51)Int.Cl.H04N21/61(2011.01)H04N21/647(2011.01)H04N21/231(2011.01)H04W16/18(2009.01)H04W24/02(2009.01)H04W28/14(2009.01)权利要求书4页说明书14页附图7页(54)发明名称一种面向视频质量自适应的无线边缘缓存和边缘计算方法(57)摘要本发明公开了一种面向视频质量自适应的无线边缘缓存和边缘计算方法，属于无线边缘领域；首先，针对包含基站层和辅助节点层的无线网络架构；辅助节点采用顺序循环缓存策略进行视频缓存；当用户向核心网请求第个视频，判断辅助节点是否缓存了该视频，如果是，用户先接入辅助节点进行视频转换和传输；否则，用户直接接入基站传输；然后，以最大化网络中所有用户的平均用户体验为优化目标，同时考虑视频缓存、转换和传输，优化辅助节点对每个视频每个版本的缓存比例；通过线性规划算法求解各版本最优的缓存比例后，辅助节点再次采用顺序循环缓存策略对核心网的每个视频进行缓存。本发明有效解决了视频点播业务中的用户体验优化问题。CN115988283ACN115988283A权利要求书1/4页1.一种面向视频质量自适应的无线边缘缓存和边缘计算方法，其特征在于，具体步骤如下：首先，搭建包含基站层和辅助节点层的无线网络架构，基站通过回传链路与核心网连接；辅助节点采用顺序循环缓存策略对核心网的视频进行缓存；核心网的视频集合包含F个视频，每个视频有N个清晰度版本；辅助节点仅缓存部分视频，假设辅助节点能传输给用户的最高版本为p(p＝1，2，…，N)；则辅助节点的顺序循环缓存第f个视频的过程如下：步骤I、辅助节点对第f个视频的N个版本缓存比例分别设为xf1，xf2，…，xfi，…，xfN，对应的码率分别为R1，R2，…Ri，…，RN；第i个版本的视频码率为Ri；满足0≤xfi≤1，如果xfi＝0，则表示版本i没有被缓存；步骤II、用码率R1缓存第一个版本占比xf1的部分；步骤III、从第二版本开始，判断是否大于1，2≤k≤N；如果是，则以码率Rk缓存第f个视频的最后的部分和最开始的部分；否则，则以码率Rk缓存第f个视频接下来占比xfk的部分，并重复判断；然后，每个VoD用户根据其所接收的信号功率以及辅助节点的缓存情况接入最近的基站或者辅助节点传输视频；当用户u向核心网请求第f个视频，判断辅助节点是否缓存了该视频，如果辅助节点没有缓存该视频，则用户直接接入基站传输；否则，用户先接入辅助节点进行视频传输和转换；接着，以最大化网络中所有用户的平均用户体验为优化目标，将缓存与传输、版本转换结合，优化辅助节点对缓存的每个视频每个版本的缓存比例；为符号简便，省略传输版本下标u，将优化问题建模为：用户u请求第f个文件时的用户体验，计算公式为：2CN115988283A权利要求书2/4页其中α和β是常数标量；yfi，u表示辅助节点传输版本i到用户u的比例；mH，u表示用户接入辅助节点时体验到的最高版本；目标函数为所有用户的平均用户体验：wu为用户u发起请求的概率；qf|u表示用户u请求视频时请求的是第f个视频的条件概率，满足其中约束条件(1.1a)表示辅助节点的存储资源有限，Tf表示视频f的时长，C表示辅助节点的存储容量；约束条件(1.1b)为平均计算资源约束，表示辅助节点的计算资源有限；U表示接入辅助节点的VoD用户数；Au表示用户u需要的单位时长计算资源，A表示辅助节点的计算资源；约束条件(1.1c)表示辅助节点传输版本i到用户u的比例yfi，u满足小于等于1；约束条件(1.1d)表示辅助节点每个版本的传输比例不超过缓存比例；约束条件(1.1e)表示缓存比例、传输比例和版本转换比例之间的约束关系；zfji，u为用户u请求第f个视频时，辅助节点将版本j转换为版本i传输给用户的比例；约束条件(1.1f)表示辅助节点每个版本的转换比例不超过缓存比例；最后，将原优化问题在辅助节点计算资源有限的情况下简化为线性规划问题，通过线性规划算法求解，得到每个视频每个版本最优的缓存比例xfi；辅助节点按照优化后的缓存比例，采用顺序循环缓存策略对核心网的每个视频分别进行缓存。2.如权利要求1所述的一种面向视频质量自适应的无线边缘缓存和边缘计算方法，其特征在于，所述基站和辅助节点的地理位置，以及用户均服从齐次泊松点过程。3.