[发明专利]视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法

权利要求书

1.一种视频流在P2P覆盖网络中基于纳什议价解的带宽分配方法，其特征在于：采用下述步骤实现P2P覆盖网带宽分配最优化：第一，将P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化为P2P覆盖网节点一方面作为上游节点分配上传带宽，另一方面作为下游节点按照实际需求参与不同上游节点的带宽分配；第二，节点之间带宽分配过程以上游节点广播其要价，下游节点接收到上游节点要价信息后，确定其带宽请求量，上游节点统计其下游节点的总带宽请求量，根据带宽请求量和上传带宽的关系选择分配方式；第三，提出了“节点选择”算法，下游节点根据上游节点的要价和自身可接受的最高要价，选择不同的上游节点，向上游节点请求带宽；

上述的P2P覆盖网的带宽分配优化问题转化过程为：

(1)，网络模型及相关参数

视频流由P2P覆盖网进行传输，覆盖网抽象为有向图，E代表节点之间有向链路的集合；上游节点的可用上传带宽为C_i，要价为p_i；下游节点j可接受的最高要价为b_j，下游节点j的预算金额为B_j；

节点加入覆盖网，在终端解码出视频，用U_ij(·)表示覆盖网中下游节点的效用函数，其中，i表示上游节点，j表示下游节点，符号(·)中的圆点表示为上游节点i分配给下游节点j的带宽量；

节点组织的分配分为两个子周期：

在请求周期内，下游节点j根据上游节点i的要价p_i，采用“节点选择”算法，确定下游节点j与上游节点i的请求关系，如果下游节点j向上游节点i请求带宽，那么向上游节点i请求的最小带宽请求量为并且通过“注水法”确定向每个上游节点i的最大带宽请求量在分配周期内，分配组织上游节点i接收到所有其他请求带宽的下游节点j的最小带宽请求量和最大带宽请求量后，使用一种分配策略出售其上行带宽C_i，网络中下游节点j得到的带宽为x_ij，如果网络中下游节点j的带宽x_ij满足则此时在覆盖网络中带宽达到最优分配；

(2)，优化目标

首先将下游节点j在覆盖网络中的优化问题转化为对上游节点请求带宽的最优问题：

s.t.

1)

2)

优化目标：下游节点j效用最大化，即确定下游节点j最大带宽请求量

约束条件：在覆盖网中，下游节点向上游节点请求的最大带宽请求量大于等于其最小带宽请求量同时下游节点有足够的预算金额支付给上游节点；

当时，上游节点i分配给下游节点j的带宽x_ij为最大带宽请求量，即，

当时，上游节点i选择纳什议价解的方式进行带宽分配：

s.t.

1)

2)

其中，是下游节点j的谈判破裂点，如果下游节点j得到的效用大于则下游节点j向上游节点i请求带宽，否则下游节点j不向上游节点i请求带宽；

约束条件：

1)，上游节点分配给下游节点的带宽量介于下游节点最小带宽请求量与最大带宽请求量之间；

2)，上游节点可出售的带宽总量受其上传带宽限制；

通过凸优化的方法求得分配给每个下游节点的最优带宽；

上述的节点之间带宽分配过程

(1)，分配周期

上游节点i接收到来自所有下游节点的带宽请求量后，根据带宽请求量与自身可用上传带宽之间的关系，采用纳什议价解的方式或者直接分配的方式进行带宽分配，伪代码如下：

/*上游节点i接收到的所有下游节点的带宽请求量集合*/

{

分配带宽

}

Else

{

采用纳什议价解的方式进行带宽分配；

s.t.

1)

2)

采用凸优化的方式进行求解；

}

(2)，请求周期

下游节点j接收到来自所有上游节点的要价后，执行“节点选择”算法来决定与上游节点带宽请求关系，然后确定对每个上游节点最小带宽请求量和最大带宽请求量，具体步骤：

首先，在覆盖网中，下游节点根据所有上游节点的要价，采用“注水法”，确定向上游节点请求的最大带宽请求量，向边际效用最大的上游节点请求带宽；然后，根据下游节点的预算金额，重复上述带宽请求调整过程，

其中，注水法的目的在于，下游节点j在上游节点i出价p_i一定的情况下，确定向每个节点i请求的最大带宽请求量原则上是向可获得边际效用越大的节点请求更多的带宽，直到下游节点j的预算金额用完为止，即具体过程的伪代码如下：

边际效用函数：U′_ij＝d[U_ij(x_ij)]/dx_ij

初始化：x_ij＝0；

while(B_j＞0)

{找出当前U′_ij最大的上游节点i，令i^*＝i；

/*增加带宽请求量，步长Δ为一正数*/

节点的预算金额为：

重新计算

}

上述的“节点选择”算法为：

节点加入网络时，向上游节点请求带宽，在预算有限的情况下，判断下游节点j的最高要价b_j是否大于要价p_i，即，b_j≥p_i，如果b_j≥p_i，那么下游节点j将选择上游节点i作为其上游节点；如果b_j≤p_i，那么下游节点j将不选择上游节点i作为其上游节点。