[發明專利]一種基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法

有效

• 申請號: 201711268011.8
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107968835B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 張馳;唐斌;葉保留;陸桑璐
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W28/14;H04N21/647;H04N21/6405
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 許丹丹

1.一種基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)構建網絡拓撲、用戶分組，計算用戶分組的權重，具體包括以下步驟：

(11)統計小基站覆蓋范圍內的用戶分布情況，根據用戶被小基站覆蓋的情況，將被相同小基站集合覆蓋的用戶分為一個用戶分組u∈U＝{1,2,…,|U|}；

(12)對于每個用戶分組，記錄他們能夠訪問的小基站集合N_u；

(13)將同一用戶分組內的所有用戶數求和，除以所有用戶分組總用戶數之和，得到該用戶分組的權重w_u；

(2)構建流行視頻文件集流行度分布模型；

(3)建立最小化回程鏈路數據傳輸開銷目標函數，構建最優化模型，其中所述目標函數為：其中，f∈F＝{1,2,…,|F|}表示流行視頻文件集，p_f表示文件f的流行度；z_u,f表示用戶分組u針對視頻文件f的一次請求可以從小基站上獲得的數據量；

最優化模型表示如下：

min:

其中，h∈H＝{1,2,…,|H|}表示所有小基站集合；ρ_f,h表示視頻文件f放在小基站h上的數據量，采用隨機線性網絡編碼對視頻文件進行編碼后放置在不同的小基站上，一次針對視頻文件f的請求只需要取得該文件大于等于1的數據量即可完成解碼；B表示緩存部署預算；N_u(i)表示一個用戶分組可見的第i個小基站；

約束(1)表示對于任意一個視頻文件f，其被存儲在任意一個小基站h上的數據量應該在0到1之間；約束(2)表示所有小基站上的視頻數據存儲量不應該超過緩存部署預算B；約束(3)表示一個用戶可見一個視頻文件的數據量不應該超過1；約束(4)表示一個用戶可見一個視頻文件的數據量不應該超過該文件存放在該用戶可見的小基站集合上的數據總量；

(4)求解最優化問題，得出緩存設施部署方案以及視頻文件放置方案，求解過程包括：

先將優化模型轉化成MATLAB標準形式：

min:

然后使用MATLAB優化工具箱中的linprog函數求解，得到ρ_f,h和z_u,f；

(5)定期更新緩存視頻文件集，使用隨機線性網絡編碼對視頻文件進行編碼，按照視頻文件放置方案對視頻文件分塊放置。

2.根據權利要求1所述的基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法，其特征在于，所述步驟(11)包括：將整個無線異構網絡覆蓋的區域分成很小的等塊，統計一個時間段內每個等塊內出現的用戶數；然后基于各個等塊的覆蓋情況，被小基站覆蓋情況相同的等塊組成一個用戶分組u∈U＝{1,2,…,|U|}；

所述步驟(13)包括：將同一用戶分組內的所有等塊出現的用戶數求和，除以所有用戶分組總用戶數之和，得到該用戶分組的權重w_u。

3.根據權利要求1所述的基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法，其特征在于，所述步驟(2)包括：

使用Zipf分布模型來描述小基站要緩存的流行視頻文件集的流行度分布，其具體形式為：

其中f＝1,2,…,|F|，表示視頻文件集F中文件的編號，視頻文件集中的文件按文件流行度降序排列；p_f表示視頻文件f的流行度，即視頻文件被請求的概率；指數γ表示視頻文件的流行度分布特性，其計算方法如下：將上式對兩邊同時取對數得到logp_f＝-γlogf-C，其中C表示無關量，持續分析一段時間內網絡中用戶每天對視頻文件的請求概率p_f，基于每天取得的f和p_f來求取γ，使用線性回歸取得當天的γ值；對于長期時間段內，求取平均值作為最終的γ值，其中，

每天視頻文件的流行度通過統計的方式獲得：分析當天用戶對視頻文件的請求，記錄下文件ID以及被請求的次數，選取前|F|個觀看量最靠前的視頻文件，用每個文件的觀看量除以這|F|個文件總的觀看量求得視頻文件在當天被請求的概率。

4.根據權利要求1所述的基于編碼的無線異構網絡視頻緩存設施部署方法，其特征在于，所述步驟(5)中放置視頻文件f的數據時，先將該視頻文件分塊，然后使用隨機線性網絡編碼技術對視頻文件進行編碼，隨后根據ρ_f,h,h＝1,2,…,|H|將編碼后的數據塊按比例放置在不同的小基站上。