專利名稱：：可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及可伸縮視頻流在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)的資源分配方法，包括分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、鏈路速率分配以及多路徑路由設(shè)計(jì)等內(nèi)容。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和接收端驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分發(fā)的時(shí)延最小化。
背景技術(shù)：
：組播技術(shù)應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻內(nèi)容分發(fā)時(shí)，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何為異構(gòu)接收端提供一種可分級(jí)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,ScalableVideoCoding)標(biāo)準(zhǔn)，提供了一種在信源端進(jìn)行速率分配的方法。SVC通過一次編碼生成具有多維可分級(jí)性的碼流，既同時(shí)滿足空域、時(shí)域、質(zhì)量SNR可分級(jí)，亦可進(jìn)一步滿足解碼復(fù)雜度可分級(jí)、感興趣區(qū)域(ROI)可分級(jí)、基于對(duì)象可分級(jí)等，針對(duì)用戶的不同接入能力，生成同一內(nèi)容在不同尺度組合下的視頻圖像。接收端驅(qū)動(dòng)的分層組播(RLM,Receiver-drivenLayeredMulticast)提供了一種由接收端進(jìn)行流量控制的組播通信協(xié)議，允許各個(gè)視頻層數(shù)據(jù)通過不同的組播組進(jìn)行分發(fā)，用戶通過加入不同數(shù)量的組播組來控制網(wǎng)絡(luò)擁塞。隨著覆蓋網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，端系統(tǒng)組播成為組播技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。端系統(tǒng)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(shù)據(jù)分組的復(fù)制和路由選擇等)由處于應(yīng)用層中的端系統(tǒng)來完成，在網(wǎng)絡(luò)層依舊遵循IP單播的模式，大大簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，無需改變底層網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性?，F(xiàn)有的流量控制方案往往基于架構(gòu)確定的樹狀或網(wǎng)狀分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，不適用于動(dòng)態(tài)變化的覆蓋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明對(duì)覆蓋網(wǎng)絡(luò)中分層組播的資源分配問題進(jìn)行了研究，允許每個(gè)接收端動(dòng)態(tài)選擇多條路由路徑來接收各個(gè)視頻層數(shù)據(jù)。端系統(tǒng)組播通常采用"伸展度"來度量單路徑傳輸時(shí)的端到端時(shí)延，它無法評(píng)估涉及多路徑路由的每個(gè)視頻層的傳輸時(shí)延。本發(fā)明引入了"層伸展度"度量標(biāo)準(zhǔn)，來估測(cè)覆蓋網(wǎng)中視頻層數(shù)據(jù)的端到端時(shí)延，它定義為覆蓋網(wǎng)中從源點(diǎn)到各個(gè)組播組成員的路徑長(zhǎng)度與直接單播傳輸路徑長(zhǎng)度的比值。網(wǎng)絡(luò)編碼可以實(shí)現(xiàn)組播最大流通信?，F(xiàn)有的速率分配方案都通過網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來提高分層組播的吞吐量，但這些方案主要關(guān)注于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的最大化或接收端接收到的視頻層數(shù)量最大化，忽略了可伸縮視頻編碼的層間依賴性問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，對(duì)于目前眾多可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)傳輸方案往往忽略層間依賴性的5問題，而提出的一種可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源分配方法，它為網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)接收端提供了一種可分級(jí)的流量控制，有效地利用了網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源，提供了最佳的全局求解結(jié)果，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；另外，在背景流量對(duì)源端產(chǎn)生影響的情況下，能夠適時(shí)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的資源分配，從而有效地控制視頻質(zhì)量下降的幅度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是針對(duì)可伸縮視頻流在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的分層組播通信，提出了一種新的組播性能度量標(biāo)準(zhǔn)——"層伸展度"，用于測(cè)定各視頻層在數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)的端到端時(shí)延。為了實(shí)現(xiàn)層伸展度總體最小化，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼、接收端驅(qū)動(dòng)的流量控制，以及多路徑路由策略進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，采用線性規(guī)劃方法建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)下的分層組播資源最優(yōu)分配模型。一方面自適應(yīng)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(jié)點(diǎn)自行決定和調(diào)整所需要的視頻質(zhì)量。此外，本發(fā)明還提出了一種低復(fù)雜度、逼近全局最優(yōu)解的分布式啟發(fā)式算法，可實(shí)際應(yīng)用于可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，其特征在于第一，針對(duì)可伸縮視頻流在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的分層組播通信，引入了一種新的組播性能度量方法一"層伸展度"，用來測(cè)定各視頻層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的端到端時(shí)延大??；第二，為了構(gòu)建性能最優(yōu)的可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以端到端的層伸展度最小化為總體目標(biāo)，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼、接收端驅(qū)動(dòng)的流量控制，以及多路徑路由策略進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)下的分層組播資源最優(yōu)分配模型；第三，針對(duì)上述最優(yōu)分配模型，采用線性規(guī)劃方法進(jìn)行求解；第四，提出了一種低復(fù)雜度、逼近全局最優(yōu)解的分布式啟發(fā)式算法，應(yīng)用于可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。下面給出原理說明1、本發(fā)明提出的線性規(guī)劃算法本算法以端到端的層伸展度最小化為目標(biāo)函數(shù)，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(guān)系，以信息流平衡條件、鏈路容量限制、網(wǎng)絡(luò)編碼條件等為約束函數(shù)，建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源分配的線性規(guī)劃優(yōu)化模型。具體的線性規(guī)劃算法如下(1)覆蓋網(wǎng)絡(luò)模型將覆蓋網(wǎng)絡(luò)抽象為有向圖G(F,五)，其中r是節(jié)點(diǎn)的集合，分為源節(jié)點(diǎn)集合S和接收節(jié)點(diǎn)集合i，￡是節(jié)點(diǎn)之間鏈路的集合；對(duì)于每條鏈路(/,/)都有相應(yīng)的權(quán)值傳輸帶寬C(U')和時(shí)延D(!',/);假定可伸縮視頻流在源節(jié)點(diǎn)編碼為^層化，，/2，...,/^}，每層數(shù)據(jù)以速率&,通過組播組W進(jìn)行分發(fā)；系數(shù)《表示接收節(jié)點(diǎn)r是否加入了組播組附(是否接收第附層數(shù)據(jù))；fl二"代表r申請(qǐng)加入組播組m，反之《=0;厶(Z，/)代表第W層視頻分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在各條鏈路上消耗的帶寬；假設(shè)從源節(jié)點(diǎn)到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)r都有多條傳輸路徑尸(r)，矩陣^表示鏈路和接收節(jié)點(diǎn)r的傳輸路徑之間的關(guān)系，其中^的元素=1表示鏈路(/,力包含于接收節(jié)點(diǎn)/"的第A條傳輸路徑中；〈，力，力表示接收節(jié)點(diǎn)r接收第n層數(shù)據(jù)時(shí)，其第A;條路徑在鏈路(U')上消耗的帶寬大小。[^和D二分別表示第m層視頻分發(fā)時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)/"在IP層單播網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延，^表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)上第m層數(shù)據(jù)的伸展度；(2)線性規(guī)劃算法<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>優(yōu)化目標(biāo)使總的端到端層伸展度最小化。^對(duì)應(yīng)于每一層的權(quán)值，滿足:A+;72+&=1?？紤]到可伸縮視頻編碼的層間依靠性，使A約束條件1)對(duì)應(yīng)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量平衡限制條件；2)對(duì)應(yīng)于每條路徑的流量平衡限制條件；3)規(guī)定每條鏈路上的實(shí)際帶寬消耗量為所有接收節(jié)點(diǎn)在該鏈路上消耗帶寬的最大值c該條件表示在鏈路上采用網(wǎng)絡(luò)編碼的限制條件，實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)在同一鏈路上的資源共享；4)對(duì)應(yīng)于鏈路上帶寬的限制條件；5)指示鏈路是否被使用。如果《,(Z,y)X)，即接收節(jié)點(diǎn)r在接收第/n層數(shù)據(jù)時(shí)，使用了第A:條路徑在的鏈路(U)，那么^(U)";反正，《*(")=0;6)規(guī)定D二為節(jié)點(diǎn)r接收第附層數(shù)據(jù)時(shí)所使用的路徑中傳輸時(shí)延的最大值。為了滿足異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的QoS要求，在線性規(guī)劃算法中，只要不超過網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，由每個(gè)接收端自行確定加入的層數(shù)，即為以下公式(l)，其可以加入的層數(shù)為J層。JJ+lES廣5^Sm(1)2、分布式的啟發(fā)式算法本發(fā)明給出了分布式啟發(fā)式算法，它不需要了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局信息，降低了算法的復(fù)雜度；該算法在傳輸?shù)蛯右曨l數(shù)據(jù)時(shí)使用時(shí)延小的鏈路，以保證重要信息優(yōu)先到達(dá)接收端，同時(shí)增強(qiáng)了覆蓋網(wǎng)絡(luò)視頻分發(fā)的魯棒性；具體地，每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)按照時(shí)延遞增的順序依次選擇傳輸路徑；假定節(jié)點(diǎn)r要求接收基本層，它首先選擇時(shí)延《最小的第A:條路徑，如果該路徑的帶寬容量無法滿足基本層的傳輸要求，剩余的流量將由時(shí)延次小的路徑來傳遞；基本層的速率分配結(jié)束后，更新覆蓋網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，繼續(xù)構(gòu)建高層視頻流的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)；第w層視頻分發(fā)時(shí)，為節(jié)點(diǎn)/"進(jìn)行速率分配的偽代碼如下if《=0，停止對(duì)層w的數(shù)據(jù)分配；dse{未分配流量及whiled0){在尸(O中選擇時(shí)延最小的路徑;t;=/*路徑A上的流量分配*//*更新網(wǎng)絡(luò)帶寬*/else/*路徑A上的流量分配*/8<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>圖1本發(fā)明實(shí)施使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；圖2本發(fā)明與其它算法比較的吞吐量示意圖；圖3本發(fā)明與其它算法比較的視頻質(zhì)量示意圖具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，其特征在于第一，針對(duì)可伸縮視頻流在覆蓋網(wǎng)絡(luò)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(cè)定各視頻層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的端到端時(shí)延大?。坏诙?，為了構(gòu)建性能最優(yōu)的可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以端到端的層伸展度最小化為總體目標(biāo)，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼、接收端驅(qū)動(dòng)的流量控制，以及多路徑路由策略進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)下的分層組播資源最優(yōu)分配模型；第三，針對(duì)上述最優(yōu)分配模型，采用線性規(guī)劃方法進(jìn)行求解；第四，提出了一種低復(fù)雜度、逼近全局最優(yōu)解的分布式啟發(fā)式算法，應(yīng)用于可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，主要包括三個(gè)部分網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)定、基于該拓?fù)涞膬煞N算法仿真過程以及性能分析。1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜头抡嫘蛄械脑O(shè)定本發(fā)明通過圖1所示的隨機(jī)覆蓋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性能仿真，它有1個(gè)源節(jié)點(diǎn)S和8個(gè)接收節(jié)點(diǎn)i廣及8組成，每條鏈路上都標(biāo)有帶寬U6/W)和時(shí)延(ffW)的大小。本發(fā)明采用兩個(gè)30幀/秒(j5w)、分辨率為CIF(352*288)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試視頻序歹U"Foreman"和"Mobile"進(jìn)行測(cè)試，GOP大小取32幀。對(duì)于每個(gè)序列，使用基于H.264/AVC推廣標(biāo)準(zhǔn)的JSVM9—10參考編碼器，將序列編碼成速率為256to/w的基本質(zhì)量層，然后在基本層之上通過FGS編碼達(dá)到384to;w、512幼;w和1024M戸這三個(gè)碼率點(diǎn)。按照各個(gè)接收端的最大流流量，假設(shè)接收端及6、及7和及8分別可以加入2、3和4個(gè)視頻層，每個(gè)層相應(yīng)的權(quán)值設(shè)置為A=0.6，^=0.27，A=0.1，/74=0.03。2.建立基于以上網(wǎng)絡(luò)的線性規(guī)劃模型假定可伸縮視頻流在源節(jié)點(diǎn)編碼為M層..,/M}，每層數(shù)據(jù)以速率6m，通過組播組w進(jìn)行分發(fā)；系數(shù)《表示接收節(jié)點(diǎn)r是否加入了組播組m;y;(z',y)代表第m層視頻分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在各條鏈路上消耗的帶寬；假設(shè)從源節(jié)點(diǎn)到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)r都有多條傳輸路徑P(。，矩陣Z'中的元素《(U'卜l表示鏈路(U)包含于接收節(jié)點(diǎn)r的第/t條傳輸路徑中；X"(Z',/)表示接收節(jié)點(diǎn)r接收第m層數(shù)據(jù)時(shí)，其第^條路徑在鏈路(u)上消耗的帶寬大小；c/:;和A;分別表示第附層視頻分發(fā)時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)r在IP層單播網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延，^表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)上第m層數(shù)據(jù)的伸展度；采用線性算法J1"。2"二Minimize》m"m=》mx";",，帳MmsAZZj>加人i殳；^=0.6，；2=0.27，p3=0,l，p4=0.03Subjectto:—aJnSm，ifi€^ft;0，otherwise.其中5,=256fc6;w,52=384to/w,S3=512to;w,54=1024to/wai=a2=1;a!=a2=a3=1;a=a2=fl3=o4=12)《("J')a4,fcG,力=《(i,j')a4,fc(j.,i)，V{小-S,i-i}￡and{(m,r)|meM,r€>0};3)E《"，J')34,fc(ij)^/m(i,j'),V((m，r)lmeM,r￡i'a:>0}and"i,力l(i,j)e五};"尸W4)E/m(")^C(i,:O,v((":OI(i,:0e￡};5)，',")SC"i,力，V{(m，r)|m￡M,rei，<>0}and{A;|fce尸(")};6)X!^";'V{(m,。|meM,r￡>0}and￡1)3.建立分布式的啟發(fā)式算法模型10針對(duì)分布式的啟發(fā)式算法的偽代碼，它不需要了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局信息，降低了算法的復(fù)雜度。以下給出在實(shí)施過程中的詳細(xì)步驟步驟l.檢測(cè)《的值，若《=0，表示節(jié)點(diǎn)r無法接收第m層數(shù)據(jù)，即停止對(duì)第/n層的數(shù)據(jù)分配；步驟2.若《=1，設(shè)定未分配流量iC等于當(dāng)前第m層的速率A;步驟3.若凡>0，表示第m層的速率分配還未完成，繼續(xù)在P(r)中選擇時(shí)延最小的路徑步驟4.若《》i^，表示路徑A:上的帶寬容量能夠承受第m層的傳輸速率。首先，執(zhí)行路徑;t上的流量分配//=凡;其次，更新網(wǎng)絡(luò)帶寬，去除已分配掉的容量《=《—《；步驟5.若<《及，表示僅依靠路徑A:的帶寬量不能完成第w層的數(shù)據(jù)傳輸。首先，執(zhí)行路徑A上的流量分配其次，更新網(wǎng)絡(luò)帶寬《=0，從戶(0中去除路徑/h最后，更新未分配流量返回步驟3，執(zhí)行至及=0，即完成了第m層的流量分配。4.在圖1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中采用上述兩種算法進(jìn)行性能分析(1)層伸展度的比較表l給出了序列"Foreman"在使用最短路徑算法、本發(fā)明提出的線性規(guī)劃算法(LP)和分布-啟發(fā)式算法后，層伸展度值的比較。從表1可知，線性規(guī)劃算法以每層遞增的方式達(dá)到了各層伸展度的最小化。而最短路徑算法僅僅使用了一條單一路徑，不能有效地使用網(wǎng)絡(luò)資源。表l."Foreman"序列的層伸展度大小<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(2)吞吐量的比較圖2比較了各算法能達(dá)到的吞吐量大小。從圖中可知，線性規(guī)劃算法能夠提供最佳的全局求解結(jié)果，從而滿足了所有接收端的接入需求。對(duì)于最短路徑算法，它至多只能提供接收端一層的數(shù)據(jù)接收。啟發(fā)式算法的性能雖然不如線性規(guī)劃算法，但它在實(shí)際應(yīng)用中能更容易地執(zhí)行。(3)平均接收視頻質(zhì)量的比較(峰值信噪比PSNR)首先，設(shè)置序列"Mobile"兩種不同的消耗期限，從200ms到400ms，確定背景流量達(dá)到10%。在表2中通過不同的峰值信噪比值比較了視頻的接受質(zhì)量。從表中可以看到，線性規(guī)劃算法可以得到最佳的視頻質(zhì)量。表2.平均接收視頻質(zhì)量的比較(峰值信噪比PSNR)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>圖3給出了背景流量對(duì)源端分配的影響，選擇序列"Foreman"，設(shè)置消耗期限為400ms。很明顯地，隨著背景流量的上升，視頻的質(zhì)量逐漸下降，而在本發(fā)明提供的算法中，其圖像質(zhì)量下降較其他算法更為緩慢。權(quán)利要求1、一種可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，其特征在于第一，針對(duì)可伸縮視頻流在覆蓋網(wǎng)絡(luò)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(cè)定各視頻層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的端到端時(shí)延大?。坏诙?，為了構(gòu)建性能最優(yōu)的可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以端到端的層伸展度最小化為總體目標(biāo)，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼、接收端驅(qū)動(dòng)的流量控制，以及多路徑路由策略進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)下的分層組播資源最優(yōu)分配模型；第三，針對(duì)上述最優(yōu)分配模型，采用線性規(guī)劃方法進(jìn)行求解；第四，提出了一種低復(fù)雜度、逼近全局最優(yōu)解的分布式啟發(fā)式算法，應(yīng)用于可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，其特征在于所述"層伸展度"定義為覆蓋網(wǎng)絡(luò)中從源點(diǎn)到各個(gè)組播組成員的傳輸路徑長(zhǎng)度之和與對(duì)應(yīng)的IP層單播傳輸路徑長(zhǎng)度之和的比值。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，其特征在于所述對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和接收端驅(qū)動(dòng)的流量控制方法是一方面自適應(yīng)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(jié)點(diǎn)自行決定所需要的視頻質(zhì)量，從而使層伸展度總體最小化。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，其特征在于所述分層組播資源最優(yōu)分配模型中，接收節(jié)點(diǎn)可自適應(yīng)地調(diào)整接收的視頻層數(shù)來避免覆蓋網(wǎng)絡(luò)的鏈路資源沖突和網(wǎng)絡(luò)擁塞。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，其特征在于所述針對(duì)最優(yōu)化分配模型，采用線性規(guī)劃方法求解是以端到端的層伸展度最小化為目標(biāo)函數(shù)，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(guān)系，以信息流平衡條件、鏈路容量限制、網(wǎng)絡(luò)編碼條件等為約束函數(shù)，建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源分配的線性規(guī)劃優(yōu)化模型；具體的線性規(guī)劃算法如下(l)覆蓋網(wǎng)絡(luò)模型將覆蓋網(wǎng)絡(luò)抽象為有向圖G(F，五)，其中r是節(jié)點(diǎn)的集合，分為源節(jié)點(diǎn)集合S和接收節(jié)點(diǎn)集合i，￡是節(jié)點(diǎn)之間鏈路的集合；對(duì)于每條鏈路(/,刀都有相應(yīng)的權(quán)值傳輸帶寬C(/,力和時(shí)延D(Z',/);假定可伸縮視頻流在源節(jié)點(diǎn)編碼為M層fc,，/2,…,/J，每層數(shù)據(jù)以速率fi^，通過組播組m進(jìn)行分發(fā)；系數(shù)《表示接收節(jié)點(diǎn)r是否加入了組播組m(是否接收第m層數(shù)據(jù))；《=1代表"申請(qǐng)加入組播組附，反之《=0;厶("/)代表第m層視頻分發(fā)網(wǎng)絡(luò)在各條鏈路上消耗的帶寬；假設(shè)從源節(jié)點(diǎn)到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)r都有多條傳輸路徑P—)，矩陣r表示鏈路和接收節(jié)點(diǎn)r的傳輸路徑之間的關(guān)系，其中^的元素^(/,/)=1表示鏈路(/,/)包含于接收節(jié)點(diǎn)r的第/t條傳輸路徑中；jC,力,力表示接收節(jié)點(diǎn)r接收第附層數(shù)據(jù)時(shí)，其第A條路徑在鏈路G，力上消耗的帶寬大小。t/二和z):;分別表示第m層視頻分發(fā)時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)r在IP層單播網(wǎng)絡(luò)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延，^表示覆蓋網(wǎng)絡(luò)上第w層數(shù)據(jù)的伸展度；(2)線性規(guī)劃算法minimizepmxs附=Subjectto:1)_<Ci"€;0，otherwise.V{(m,:r)lmeM，rei，>0};2)X]4(i,J')a4,fc(、j0=E《(i，J')工;fcCM)，V-《i-i},{fc|A;e印)},and{(m,r)|meM,r￡R，《>0};3)E^V{(m，r)|m￡M，rE>0}and化，川(i，力E￡};4)E^C(")，v€外5)SC"i，J),V((m,r)卜meM,r￡fi，a:>0}and￡P(guān)(r)};6)Ed(y)"(")S";,V{(m，r")|m€M，rand{fc|fceP(。}{(":01(")￡￡優(yōu)化目標(biāo)使總的端到端層伸展度最小化。A對(duì)應(yīng)于每一層的權(quán)值，滿足A+A+…+A^1?？紤]到可伸縮視頻編碼的層間依靠性，使凡>^2>—>~。約束條件1)對(duì)應(yīng)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量平衡限制條件；2)對(duì)應(yīng)于每條路徑的流量平衡限制條件；3)規(guī)定每條鏈路上的實(shí)際帶寬消耗量為所有接收節(jié)點(diǎn)在該鏈路上消耗帶寬的最大值。該條件表示在鏈路上采用網(wǎng)絡(luò)編碼的限制條件，實(shí)現(xiàn)丕同節(jié)點(diǎn)在同一鏈路上的資源共享；4)對(duì)應(yīng)于鏈路上帶寬的限制條件；5)指示鏈路是否被使用。如果《JO)X)，即接收節(jié)點(diǎn)r在接收第附層數(shù)據(jù)時(shí)，使用了第t條路徑在的鏈路(U)，那么6"(i,7Hl;反之，1(,力)=0;6)規(guī)定D二為節(jié)點(diǎn)r接收第m層數(shù)據(jù)時(shí)所使用的路徑中傳輸時(shí)延的最大值。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法，所述分布式啟發(fā)式算法，它不需要了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局信息，降低了算法的復(fù)雜度。該算法在傳輸?shù)蛯右曨l數(shù)據(jù)時(shí)使用時(shí)延小的鏈路，以保證重要信息優(yōu)先到達(dá)接收端，同時(shí)增強(qiáng)了覆蓋網(wǎng)絡(luò)視頻分發(fā)的魯棒性；具體地，每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)按照時(shí)延遞增的順序依次選擇傳輸路徑；假定節(jié)點(diǎn)r要求接收基本層，它首先選擇時(shí)延《最小的第&條路徑，如果該路徑的帶寬容量無法滿足基本層的傳輸要求，剩余的流量將由時(shí)延次小的路徑來傳遞；基本層的速率分配結(jié)束后，更新覆蓋網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬，繼續(xù)構(gòu)建高層視頻流的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)；第附層視頻分發(fā)時(shí)，為節(jié)點(diǎn)r進(jìn)行速率分配的偽代碼如下if《=0，停止對(duì)層w的數(shù)據(jù)分配；else{未分配流量/C^5"while(/>())在尸(。中選擇時(shí)延最小的路徑A:;if//=及》;/*路徑fc上的流量分配*//*更新網(wǎng)絡(luò)帶寬*/else/*路徑A:上的流量分配*/從P(。中消除路徑l=^訓(xùn)—;全文摘要本發(fā)明涉及一種可伸縮視頻流的覆蓋網(wǎng)絡(luò)分層組播資源最優(yōu)分配方法。針對(duì)可伸縮視頻流在覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的分層組播通信，提出了一種新的組播性能度量標(biāo)準(zhǔn)——“層伸展度”，用于測(cè)定各視頻層在數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)的端到端時(shí)延。為了實(shí)現(xiàn)層伸展度總體最小化，對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼、接收端驅(qū)動(dòng)的流量控制，以及多路徑路由策略進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，采用線性規(guī)劃方法建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)下的分層組播資源最優(yōu)分配模型。一方面自適應(yīng)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(jié)點(diǎn)自行決定和調(diào)整所需要的視頻質(zhì)量。此外，還提出了一種低復(fù)雜度、逼近全局最優(yōu)解的分布式啟發(fā)式算法，應(yīng)用于可伸縮視頻流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。文檔編號(hào)H04L29/06GK101547347SQ20091005036公開日2009年9月30日申請(qǐng)日期2009年4月30日優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日發(fā)明者李樂揚(yáng),璐江,鄒君妮申請(qǐng)人:上海大學(xué)