[发明专利]一种时延感知的云雾协作视频分发方法

说明书

本发明涉及一种时延感知的云雾协作视频分发方法，属于通信技术领域，特别是在无线网络下的视频传输技术领域。该方法针对视频在雾无线接入网络传输中严格的时延要求和有限网络资源的矛盾关系，首先，通过建立时延感知的视频请求调度模型，采用云雾协作的方式为视频内容提供缓存、转码和传输；进而，在考虑用户播放缓冲区长度的前提下，利用Actor‑Critic深度强化学习算法解决视频请求调度和资源分配决策引起的级联效应，从而最大化用户的长期奖励，减少视频播放延迟。该方法有效减少了用户观看视频时的时延，提高了缓存命中率，具有广阔的运用前景。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种时延感知的云雾协作视频分发方法。

背景技术

随着多媒体智能终端的发展，视频将会是未来的主要业务。据思科预测，到2022年移动视频流量将占全网流量的82％。由于不同的移动设备、网络状况和用户偏好，视频需要转码为不同的格式，这是一项计算密集型的任务。云无线接入网中(Cloud Radio AccessNetwork,C-RAN)中强大的集中式云缓存和计算能力能够为用户提供可靠稳定的转码服务。然而，由于集中式云计算服务中心距离用户较远，在云中进行转码无法及时响应网络的动态变化。雾无线接入网(Fog Radio Access Network,F-RAN)作为集中云计算重要且有效的补充，已经被广泛应用于本地实时数据的处理。

F-RAN通过缓存设备可以在线/离线缓存流行度高的视频，能够减少前传和回传的数据流量。同时，为了自适应动态的网络环境，利用F-RAN的计算能力能够将高比特率的视频转码为低比特的视频向用户提供服务。然而，相比于日益增加的视频流量，F-RAN中雾节点有限的存储和计算能力给用户提供平滑的视频体验质量产生了巨大的挑战。因此，鉴于F-RAN中集中式云计算和雾计算的潜在优势和互补特点，设计合理高效的视频分发策略至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种时延感知的云雾协作视频分发方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种时延感知的云雾协作视频分发方法，包括以下步骤：

采集用户、云节点和雾节点的状态信息：用户向雾节点发送视频请求，所述视频请求包括用户请求的视频、视频比特率版本以及用户播放缓冲区的大小，雾节点将所述视频请求以及自身的缓存和计算资源发送到集中控制器；

构建视频请求调度模型：集中控制器根据用户请求视频的信息，判断云节点和雾节点是否缓存了该视频或者更高的视频比特率，进而根据资源分配策略，建立视频请求调度模型；

分析用户观看视频时的时延：集中控制器通过分配的无线资源和计算资源计算不同视频请求调度下的时延，分析用户获取视频的具体路径，以最小化用户观看视频的时延为优化目标，构建目标函数；

确定视频请求调度策略、视频缓存决策，计算和无线资源分配：在保证用户时延的约束条件下，集中控制器利用Actor-Critic深度强化学习算法对目标函数进行优化，得到用户的视频请求调度策略、视频缓存决策、计算和无线资源分配方案。

进一步，所述用户状态信息包括：用户的视频请求表示用户请求第v个视频，比特率版本为的视频片段，其中，v∈V表示系统中共有V个视频，表示视频比特率版本的集合，l代表用户i当前时刻的播放缓冲队列长度表示为：

l_i(t)＝max[l_i(t-1)-u_i(t-1),0]+L

其中，l_i(t-1)，u_i(t-1)表示时刻(t-1)用户i的播放缓冲区长度和视频播放速度，L表示每个视频片段的固定长度。