[發(fā)明專利]一種基于編碼的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻緩存設(shè)施部署方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711268011.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN107968835B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張馳;唐斌;葉保留;陸桑璐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/08
• 分類號(hào): H04L29/08;H04W28/14;H04N21/647;H04N21/6405
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 許丹丹

1.一種基于編碼的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻緩存設(shè)施部署方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒂脩舴纸M，計(jì)算用戶分組的權(quán)重，具體包括以下步驟：

(11)統(tǒng)計(jì)小基站覆蓋范圍內(nèi)的用戶分布情況，根據(jù)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(gè)用戶分組u∈U＝{1,2,…,|U|}；

(12)對(duì)于每個(gè)用戶分組，記錄他們能夠訪問(wèn)的小基站集合N_u；

(13)將同一用戶分組內(nèi)的所有用戶數(shù)求和，除以所有用戶分組總用戶數(shù)之和，得到該用戶分組的權(quán)重w_u；

(2)構(gòu)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(shù)據(jù)傳輸開銷目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建最優(yōu)化模型，其中所述目標(biāo)函數(shù)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(duì)視頻文件f的一次請(qǐng)求可以從小基站上獲得的數(shù)據(jù)量；

最優(yōu)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(shù)據(jù)量，采用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)視頻文件進(jìn)行編碼后放置在不同的小基站上，一次針對(duì)視頻文件f的請(qǐng)求只需要取得該文件大于等于1的數(shù)據(jù)量即可完成解碼；B表示緩存部署預(yù)算；N_u(i)表示一個(gè)用戶分組可見(jiàn)的第i個(gè)小基站；

約束(1)表示對(duì)于任意一個(gè)視頻文件f，其被存儲(chǔ)在任意一個(gè)小基站h上的數(shù)據(jù)量應(yīng)該在0到1之間；約束(2)表示所有小基站上的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量不應(yīng)該超過(guò)緩存部署預(yù)算B；約束(3)表示一個(gè)用戶可見(jiàn)一個(gè)視頻文件的數(shù)據(jù)量不應(yīng)該超過(guò)1；約束(4)表示一個(gè)用戶可見(jiàn)一個(gè)視頻文件的數(shù)據(jù)量不應(yīng)該超過(guò)該文件存放在該用戶可見(jiàn)的小基站集合上的數(shù)據(jù)總量；

(4)求解最優(yōu)化問(wèn)題，得出緩存設(shè)施部署方案以及視頻文件放置方案，求解過(guò)程包括：

先將優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化成MATLAB標(biāo)準(zhǔn)形式：

min:

然后使用MATLAB優(yōu)化工具箱中的linprog函數(shù)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(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)視頻文件進(jìn)行編碼，按照視頻文件放置方案對(duì)視頻文件分塊放置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于編碼的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻緩存設(shè)施部署方法，其特征在于，所述步驟(11)包括：將整個(gè)無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域分成很小的等塊，統(tǒng)計(jì)一個(gè)時(shí)間段內(nèi)每個(gè)等塊內(nèi)出現(xiàn)的用戶數(shù)；然后基于各個(gè)等塊的覆蓋情況，被小基站覆蓋情況相同的等塊組成一個(gè)用戶分組u∈U＝{1,2,…,|U|}；

所述步驟(13)包括：將同一用戶分組內(nèi)的所有等塊出現(xiàn)的用戶數(shù)求和，除以所有用戶分組總用戶數(shù)之和，得到該用戶分組的權(quán)重w_u。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于編碼的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻緩存設(shè)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(lái)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(hào)，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(qǐng)求的概率；指數(shù)γ表示視頻文件的流行度分布特性，其計(jì)算方法如下：將上式對(duì)兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)得到logp_f＝-γlogf-C，其中C表示無(wú)關(guān)量，持續(xù)分析一段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中用戶每天對(duì)視頻文件的請(qǐng)求概率p_f，基于每天取得的f和p_f來(lái)求取γ，使用線性回歸取得當(dāng)天的γ值；對(duì)于長(zhǎng)期時(shí)間段內(nèi)，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(guò)統(tǒng)計(jì)的方式獲得：分析當(dāng)天用戶對(duì)視頻文件的請(qǐng)求，記錄下文件ID以及被請(qǐng)求的次數(shù)，選取前|F|個(gè)觀看量最靠前的視頻文件，用每個(gè)文件的觀看量除以這|F|個(gè)文件總的觀看量求得視頻文件在當(dāng)天被請(qǐng)求的概率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于編碼的無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻緩存設(shè)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(shù)據(jù)時(shí)，先將該視頻文件分塊，然后使用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)對(duì)視頻文件進(jìn)行編碼，隨后根據(jù)ρ_f,h,h＝1,2,…,|H|將編碼后的數(shù)據(jù)塊按比例放置在不同的小基站上。