[发明专利]多速率视频在无线网络中的缓存和传输优化方法

说明书

本发明涉及一种多速率视频在无线网络中的缓存和传输优化方法。本发明采用下述步骤实现多速率视频在无线网络中的缓存和传输：步骤1，定义用户的接入时延函数；步骤2，利用拉格朗日松弛将目标函数分解为两个子问题；步骤3，分别解决两个子问题得到最优缓存和传输方式。本发明方法不仅同时优化了用户的接入时延性能和用户服务数量，而且实现过程简单，便于分布式求解，有效提高了用户体验质量和网络资源利用率。

技术领域

本发明涉及一种多速率视频在无线网络中的缓存和传输优化方法，属于无线通信网络中资源分配和调度领域。

背景技术

近些年随着多媒体智能终端的普及，无线网络中用户对数据流量的需求逐年增长且毫无放慢的迹象，其中视频内容需求一直占主导地位，巨大的流量需求导致现有通信网络架构难以承受，尤其是回程链路部分，与此同时，由于大量用户请求服务导致的网络拥塞，至使用户的体验质量也难以保障。

缓存技术通过在用户流量需求的非峰值时段，将流行视频内容(研究表明用户请求的视频内容近似服从zipf分布，即用户请求概率与视频排名成反比，请求概率越大的视频排名越靠前，称为流行视频)提前存储到临近用户的缓存节点，在用户流量需求的峰值时段，由缓存节点提前缓存的流行内容对用户进行服务，从而显著减小回程链路的压力，同时由于缓存节点更邻近用户，因此可以更快速的对用户需求进行响应，从而显著减小用户接入时延，提高用户的体验质量。

缓存技术的应用前景非常广泛，对于任何具有存储能力的网络节点都可适用，常见的有传统蜂窝网络和信息中心网。传统的蜂窝网络中，通过在临近用户的基站中引入存储能力，将大量流行视频存储到缓存中可以显著减小基站到核心网的回程压力，同时由于基站更临近用户终端，使得响应用户请求更加迅速，为用户提供极好的用户体验质量。随着5G时代的临近，各种小基站，辅助节点填充到基站的覆盖范围下，加强了对终端用户的覆盖，同时使得基站到用户的距离更为缩短，通过引入缓存技术，使网络响应用户请求更为迅速。随着D2D及Ad-hoc技术的发展，用户终端的存储也会做得越来越大，在用户终端引入缓存技术，可以进一步减轻无线网络的压力，通过在这些缓存节点引入缓存技术可以大大提升系统容量，减少回程和无线压力，提升用户体验质量。对于信息中心网，通过在中间路由器和边沿路由器同时引入缓存，再施以合理的缓存方式，可以显著提升用户的体验质量。未来由于多媒体智能终端的不断发展，人们对网络服务的需求将越来越迫切，要求也越来越高，通过缓存技术和动态自适应流技术的结合，可以在缓存节点存储多速率的视频内容，并添加计算单元，当用户请求某个速率的内容不在缓存中时可以对元速率的内容进行速率转化，多种速率的视频缓存可以很好的适应网络环境和用户终端制式，为用户提供相对最好的体验质量。

缓存技术可以很好的减轻回程压力，提升用户的体验质量，但是缓存什么？如何缓存？还是缓存技术中最为突出的问题。

发明内容

本发明的目的是针对无线网络中用户需求过多导致现有网络架构难以负担，同时用户得不到想要的服务等问题，提供一种无线网络中视频的缓存和传输方法。该方法主要考虑多速率视频场景下无线网络中用户接入时延的最小化问题，通过合理调整缓存和传输达到用户体验质量的优化。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多速率视频在无线网络中的缓存和传输优化方法，具体步骤如下：

步骤1：定义用户的接入时延函数；

步骤2：利用拉格朗日松弛将目标函数分解为两个子问题；

步骤3：分别解决两个子问题得到最优缓存和传输方式。

所述步骤1的具体步骤如下：