[发明专利]一种基于软件定义网络能耗感知的3D视频传输方法

说明书

技术领域

本发明属于网络技术与多媒体通信领域，涉及一种基于软件定义网络能耗感知的3D视频传输方法。

背景技术

近年来，3D视频在影院已经取得了广泛的商业应用，并且已经逐步以3D电视的形式进入了家庭。目前，除了蓝光光盘，广播等传播形式，互联网视频传输是一种既经济又简单的3D视频分发方式。针对互联网分发的2D视频已经给网络造成了很大的传输压力，而3D视频涉及到多路视频数据，数据量巨大，给互联网络造成的压力因此也更大。

目前，互联网流量的快速增长使得现有的网络协议结构很难满足实际业务应用的质量需求。为了方便运营商管理和配置网络来提高网络传输效率，基于可编程思想的软件定义网络应运而生。软件定义网络利用分层的思想，将数据平面与控制平面相分离，通过控制器可以控制数据流的动态转发。这样可以改变网络负载的分布，使得网络资源与负载分布相匹配，提高网络传输效率。

3D视频天然的多路数据流特性使得其可以通过软件定义网络进行多个数据流的传输路径调整而进行传输优化。通过软件定义网络来调整和优化多码流3D视频流量的分布能在一定程度上减少网络压力。面对软件定义网络下的3D视频传输，运营商主要关心两个方面，一个是有充足的可用带宽来保证用户接收到的质量，另一个就是传输代价，也就是能量消耗问题。第一个问题可以通过软件定义网络(SDN)控制器控制策略找到有足够带宽的链路进行转发而解决。对于第二个问题，目前的解决方法主要是针对单个网络设备进行独立的局部能耗优化，例如采用节能设备或对设备进行智能休眠，而忽略了视频传输过程中流量调整而导致的网络全局能耗优化，而这个问题可以在SDN转发路径选择过程中，进行能耗感知的视频流转发路径选择而降低转发带来的能耗代价。

发明内容

本发明主要针对软件定义网络网络3D视频传输的能耗优化问题，提出一种基于能耗感知的3D视频传输路径选择方法。本发明通过在信源编码端，采用可伸缩3D视频码流，即利用可伸缩3D视频编码分别对视频和深度进行质量可伸缩的编码，产生码率可伸缩的深度和视频码流。这样多个不同码率的码流可以通过软件定义网络下不同的传输路径进行传输。多个数据流在传输过程中进行能耗感知的路径转发，最后在接收端汇总。

本发明的技术方案为：

一种基于软件定义网络能耗感知的3D视频传输方法，其步骤为：

1)信源编码端采用可伸缩3D视频编码对待传输的3D视频进行编码，产生码率可伸缩的码流，包括深度数据码流和2D视频码流；

2)控制器通过应用程序接口(API)收集信源端的码流数目以及对应的码率数据；控制器根据Openflow协议从网络结构层得到的可用带宽确定要传输的2D视频码流数和深度数据码流数；其中2D视频码流数和深度数据码流数之和为n_p；然后控制器根据步骤1)编码得到的码流的带宽从网络中选取满足带宽需求的可用传输路径，然后从该可用传输路径中为每一码流选取一能耗最优的传输路径，得到一组传输路径；

3)根据该组传输路径通过Openflow协议控制网络结构层交换节点的流得转发，将待传输的码流传输到目的端。

进一步的，得到该组传输路径的方法为：首先根据选取的m_p条可用路径和n_p条码流，生成一路径选择方案集合U_RP；其中，将n_p条码流按照码率由高到低的方式进行排序，记为将满足对应码流的带宽需求的一组路径记为然后对每一组路径进行能耗计算，得到一组能耗最优的传输路径。

进一步的，采用公式计算得到一组能耗最优的传输路径；其中，每一组传输路径表示为对中每一条路径以及对应的码率分别计算能耗进行求和得到对应组传输路径的能耗

进一步的，利用公式计算传输路径p的能耗E_p(R_p)，该传输路径p传输的码流码率为R_p，M为路径p中包含的链路段的数量，第j链路段上传输R_p码率需要消耗的能量为E_wireless(R_p)为该传输路径p中无线网络的能耗。

进一步的，所述无线网络的能耗其中，α(s)是比特长度为s的每比特码流的能量消耗，β为无线网络接入点网关固有的能量消耗，γ为无线网络接入点网关的最大能量消耗，h(s)为设定的能量消耗门限值。