[发明专利]一种基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法有效

专利信息
申请号: 201711268011.8 申请日: 2017-12-05
公开(公告)号: CN107968835B 公开(公告)日: 2020-06-16
发明(设计)人: 张驰;唐斌;叶保留;陆桑璐 申请(专利权)人: 南京大学
主分类号: H04L29/08 分类号: H04L29/08;H04W28/14;H04N21/647;H04N21/6405
代理公司: 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 代理人: 许丹丹
地址: 210093 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 编码 无线 网络 视频 缓存 设施 部署 方法
【权利要求书】:

1.一种基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)构建网络拓扑、用户分组,计算用户分组的权重,具体包括以下步骤:

(11)统计小基站覆盖范围内的用户分布情况,根据用户被小基站覆盖的情况,将被相同小基站集合覆盖的用户分为一个用户分组u∈U={1,2,…,|U|};

(12)对于每个用户分组,记录他们能够访问的小基站集合Nu

(13)将同一用户分组内的所有用户数求和,除以所有用户分组总用户数之和,得到该用户分组的权重wu

(2)构建流行视频文件集流行度分布模型;

(3)建立最小化回程链路数据传输开销目标函数,构建最优化模型,其中所述目标函数为:其中,f∈F={1,2,…,|F|}表示流行视频文件集,pf表示文件f的流行度;zu,f表示用户分组u针对视频文件f的一次请求可以从小基站上获得的数据量;

最优化模型表示如下:

min:

其中,h∈H={1,2,…,|H|}表示所有小基站集合;ρf,h表示视频文件f放在小基站h上的数据量,采用随机线性网络编码对视频文件进行编码后放置在不同的小基站上,一次针对视频文件f的请求只需要取得该文件大于等于1的数据量即可完成解码;B表示缓存部署预算;Nu(i)表示一个用户分组可见的第i个小基站;

约束(1)表示对于任意一个视频文件f,其被存储在任意一个小基站h上的数据量应该在0到1之间;约束(2)表示所有小基站上的视频数据存储量不应该超过缓存部署预算B;约束(3)表示一个用户可见一个视频文件的数据量不应该超过1;约束(4)表示一个用户可见一个视频文件的数据量不应该超过该文件存放在该用户可见的小基站集合上的数据总量;

(4)求解最优化问题,得出缓存设施部署方案以及视频文件放置方案,求解过程包括:

先将优化模型转化成MATLAB标准形式:

min:

然后使用MATLAB优化工具箱中的linprog函数求解,得到ρf,h和zu,f

(5)定期更新缓存视频文件集,使用随机线性网络编码对视频文件进行编码,按照视频文件放置方案对视频文件分块放置。

2.根据权利要求1所述的基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法,其特征在于,所述步骤(11)包括:将整个无线异构网络覆盖的区域分成很小的等块,统计一个时间段内每个等块内出现的用户数;然后基于各个等块的覆盖情况,被小基站覆盖情况相同的等块组成一个用户分组u∈U={1,2,…,|U|};

所述步骤(13)包括:将同一用户分组内的所有等块出现的用户数求和,除以所有用户分组总用户数之和,得到该用户分组的权重wu

3.根据权利要求1所述的基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法,其特征在于,所述步骤(2)包括:

使用Zipf分布模型来描述小基站要缓存的流行视频文件集的流行度分布,其具体形式为:

其中f=1,2,…,|F|,表示视频文件集F中文件的编号,视频文件集中的文件按文件流行度降序排列;pf表示视频文件f的流行度,即视频文件被请求的概率;指数γ表示视频文件的流行度分布特性,其计算方法如下:将上式对两边同时取对数得到logpf=-γlogf-C,其中C表示无关量,持续分析一段时间内网络中用户每天对视频文件的请求概率pf,基于每天取得的f和pf来求取γ,使用线性回归取得当天的γ值;对于长期时间段内,求取平均值作为最终的γ值,其中,

每天视频文件的流行度通过统计的方式获得:分析当天用户对视频文件的请求,记录下文件ID以及被请求的次数,选取前|F|个观看量最靠前的视频文件,用每个文件的观看量除以这|F|个文件总的观看量求得视频文件在当天被请求的概率。

4.根据权利要求1所述的基于编码的无线异构网络视频缓存设施部署方法,其特征在于,所述步骤(5)中放置视频文件f的数据时,先将该视频文件分块,然后使用随机线性网络编码技术对视频文件进行编码,随后根据ρf,h,h=1,2,…,|H|将编码后的数据块按比例放置在不同的小基站上。

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