[發明專利]可伸縮視頻流的覆蓋網絡分層組播資源最優分配方法

有效

• 申請號: 200910050366.9
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101547347A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 鄒君妮;李樂揚;江璐
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24;H04N7/26;H04L29/06
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及可伸縮視頻流在覆蓋網絡中進行數據分發時的資源分配方法，包括分發網絡的構建、鏈路速率分配以及多路徑路由設計等內容。結合網絡編碼技術和接收端驅動的流量控制方法，來解決可伸縮視頻編碼層間依賴性的問題，以及實現數據分發的時延最小化。

技術背景

組播技術應用于異構網絡視頻內容分發時，需要解決的一個關鍵問題是如何為異構接收端提供一種可分級的流量控制方法。分層視頻編碼，例如JVT/MPEG組織制定的可伸縮視頻編碼(SVC，Scalable?Video?Coding)標準，提供了一種在信源端進行速率分配的方法。SVC通過一次編碼生成具有多維可分級性的碼流，既同時滿足空域、時域、質量SNR可分級，亦可進一步滿足解碼復雜度可分級、感興趣區域(ROI)可分級、基于對象可分級等，針對用戶的不同接入能力，生成同一內容在不同尺度組合下的視頻圖像。接收端驅動的分層組播(RLM，Receiver-driven?Layered?Multicast)提供了一種由接收端進行流量控制的組播通信協議，允許各個視頻層數據通過不同的組播組進行分發，用戶通過加入不同數量的組播組來控制網絡擁塞。

隨著覆蓋網絡的發展，端系統組播成為組播技術發展的熱點。端系統組播的主要思想在于把以往IP層組播中路由器所起的部分功用(主要是數據分組的復制和路由選擇等)由處于應用層中的端系統來完成，在網絡層依舊遵循IP單播的模式，大大簡化了實現細節，無需改變底層網絡的物理結構，提高了網絡的可擴展性?，F有的流量控制方案往往基于架構確定的樹狀或網狀分發網絡，不適用于動態變化的覆蓋網絡結構。本發明對覆蓋網絡中分層組播的資源分配問題進行了研究，允許每個接收端動態選擇多條路由路徑來接收各個視頻層數據。

端系統組播通常采用“伸展度”來度量單路徑傳輸時的端到端時延，它無法評估涉及多路徑路由的每個視頻層的傳輸時延。本發明引入了“層伸展度”度量標準，來估測覆蓋網中視頻層數據的端到端時延，它定義為覆蓋網中從源點到各個組播組成員的路徑長度與直接單播傳輸路徑長度的比值。

網絡編碼可以實現組播最大流通信?，F有的速率分配方案都通過網絡編碼技術來提高分層組播的吞吐量，但這些方案主要關注于整個網絡吞吐量的最大化或接收端接收到的視頻層數量最大化，忽略了可伸縮視頻編碼的層間依賴性問題。

發明內容

本發明的目的，對于目前眾多可伸縮視頻流的覆蓋網絡傳輸方案往往忽略層間依賴性的問題，而提出的一種可伸縮視頻流的覆蓋網絡分層組播資源分配方法，它為網絡中異構接收端提供了一種可分級的流量控制，有效地利用了網絡的帶寬資源，提供了最佳的全局求解結果，從而提高了網絡的吞吐量；另外，在背景流量對源端產生影響的情況下，能夠適時地調整網絡的資源分配，從而有效地控制視頻質量下降的幅度。

為達到上述目的，本發明的構思是：針對可伸縮視頻流在覆蓋網絡中的分層組播通信，提出了一種新的組播性能度量標準——“層伸展度”，用于測定各視頻層在數據分發時的端到端時延。為了實現層伸展度總體最小化，對中繼節點的網絡編碼、接收端驅動的流量控制，以及多路徑路由策略進行聯合優化，采用線性規劃方法建立覆蓋網絡下的分層組播資源最優分配模型。一方面自適應匹配了可伸縮視頻編碼的層間依賴性；另一方面允許接收節點自行決定和調整所需要的視頻質量。此外，本發明還提出了一種低復雜度、逼近全局最優解的分布式啟發式算法，可實際應用于可伸縮視頻流分發網絡的構建。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種可伸縮視頻流的覆蓋網絡分層組播資源最優分配方法，其特征在于：第一，針對可伸縮視頻流在覆蓋網絡中的分層組播通信，引入了一種新的組播性能度量方法——“層伸展度”，用來測定各視頻層數據傳輸時的端到端時延大?。坏诙?，為了構建性能最優的可伸縮視頻流分發網絡，以端到端的層伸展度最小化為總體目標，對中繼節點的網絡編碼、接收端驅動的流量控制，以及多路徑路由策略進行聯合優化，建立覆蓋網絡下的分層組播資源最優分配模型；第三，針對上述最優分配模型，采用線性規劃方法進行求解；第四，提出了一種低復雜度、逼近全局最優解的分布式啟發式算法，應用于可伸縮視頻流分發網絡的構建。

下面給出原理說明：

1、本發明提出的線性規劃算法

本算法以端到端的層伸展度最小化為目標函數，兼顧所有接收端的吞吐量以及可伸縮視頻流解碼的層間依賴關系，以信息流平衡條件、鏈路容量限制、網絡編碼條件等為約束函數，建立覆蓋網絡分層組播資源分配的線性規劃優化模型。具體的線性規劃算法如下：

(1)覆蓋網絡模型