体验质量驱动的边云视频块调度方法技术

技术编号：44317853 阅读：6 留言：0更新日期：2025-02-18 20:29

本发明专利技术涉及视频块调度技术领域，具体公开了体验质量驱动的边云视频块调度方法，包括以下步骤：S01：每个边缘服务器基于前一个时隙的状态进行缓存替换和转码决策；S02:用户在一个边缘服务器内移动或从一个边缘服务器切换到另一个；S03:用户从本地边缘服务器请求视频块；S04:边缘服务器选择最大化用户体验质量的视频块传递方法，以满足用户的请求，如果附近的边缘服务器无法满足用户的请求，视频块将从云端发送；S05:系统记录此操作的状态和奖励，并更新强化学习神经网络的参数。通过给予调度策略确保能够提高用户的体验质量，它不仅能够保证用户获取视频块的质量并减小延迟，还能减小从云端获得视频块的成本。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视频块调度，具体为：体验质量驱动的边云视频块调度方法。

技术介绍

1、近年来，随着视频流量的迅速增长，视频内容已成为互联网的主要组成部分之一，占据了大量的网络带宽。2017年时，视频流量已经占据全球网络流量的75％，并且还将持续增长。同时，随着视频分辨率和帧率的提高，以及对流畅性和清晰度的不断追求，用户对视频质量的期望也与日俱增。尽管5g技术可以增加网络带宽，但互联网可能很快就会被大量的视频流量淹没，这将影响用户的观看体验。

2、对于用户而言，视频观看体验已经超越了简单的内容提供，用户更加注重的是能够以高质量、无缝、以及流畅的方式观看视频内容。在这样的背景下，用户体验质量(quality of experience,qoe)已经成为学术界和产业界的热门研究课题之一。

3、研究人员普遍认识到，提供高质量的用户体验不仅仅涉及技术性能的优化，还需要深入了解用户的感知、期望和行为。用户体验质量衡量用户对服务性能的满意程度，即用户对移动网络提供的视频流服务性能的主观感觉，从而如何提高用户获取视频块的质量以及减小延迟，则是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术问题，本专利技术提供了种体验质量驱动的边云视频块调度方法，可以提高用户获取视频块的质量以及减小延迟。

2、本专利技术的技术方案是：体验质量驱动的边云视频块调度方法，包括以下步骤：

3、s01：每个边缘服务器基于前一个时隙的状态进行缓存替换和转码决策；

4、s02:用户在一个边缘服务器内移动或从一个边缘服务器切换到另一个；

5、s03:用户从本地边缘服务器请求视频块；

6、s04:边缘服务器选择最大化用户体验质量的视频块传递方法，以满足用户的请求，如果附近的边缘服务器无法满足用户的请求，视频块将从云端发送；

7、s05:系统记录此操作的状态和奖励，并更新强化学习神经网络的参数。

8、优选的，包括边云系统，所述边云系统由三个组成部分：用户、云端、边缘服务器；所述边云系统的三个组成部分中：

9、(1)云端的内容服务器存储了用户请求的所有不同比特率版本的视频块，它通过高带宽网络与边缘服务器和用户设备建立通信，并具有计算和存储功能；

10、(2)用户从系统中请求并接收他们需求的视频块，不同用户对视频流的比特率和延迟有不同的偏好，此外，用户可能会移动，从而切换到另一台边缘服务器覆盖的区域；

11、(3)边缘服务器能够为用户的视频请求缓存和转码视频块，由于从云端接收视频块可能导致较高的延迟，边缘服务器将就近提供视频块服务，当某台边缘服务器未缓存某用户请求的视频块时，它将从相邻的边缘服务器请求并接收所需的视频块，仅当所有相邻的边缘服务器都未缓存所需的视频块时，它才会寻求云端的帮助。

12、优选的，假设时间均匀分为t个时隙，设立一个包含j个缓存服务器的系统，j＝0表示云端上的内容服务器，第j个边缘服务器的缓存大小、计算资源、用户数量、视频块数量和带宽分别表示为wj，pj，uj，ij，rj，这些边缘服务器通过网络相互连接，所有视频块的集合以及每个视频块的不同比特率的集合分别用i和q表示，用表示第i个视频块的第q个比特率，所有用户的集合索引为u，假设视频流由连续的视频块组成，用户按顺序观看这些视频块，用户所属的边缘服务器称为本地边缘服务器。

13、优选的，边缘服务器需要满足以下缓存限制：

14、

15、，其中分别表示视频块的缓存状态，大小以及是否被替代。

16、优选的，边缘服务器需要满足以下转码限制：

17、

18、，其中表示视频块是否转码。

19、优选的，用户收到视频块的延迟需要满足：

20、

21、，其中表示视频块从边缘服务器发送到用户时产生的延迟，表示在时隙t分配给用户的带宽，和分别表示将视频块从比特率q′转码为q所需的时间和资源,表示分配给用户的计算资源。

22、优选的，用户除了直接从本地边缘服务器请求视频块之外，还有多种方法来获得视频块，不同的方法会导致不同的延迟，系统会选择延迟最短的方法，以下是用户获得视频块的四种方法：

23、(1)如果本地边缘服务器缓存了视频块，用户可以直接从本地边缘服务器获得视频块，延迟等于发送视频块所需的时间；

24、(2)如果本地边缘服务器缓存了视频块的高比特率版本，用户也可以直接从本地边缘服务器获取视频块，延迟包括发送和转码视频块所需的时间；

25、(3)如果相邻边缘服务器缓存了视频块，视频块需要从相邻边缘服务器传输到本地边缘服务器，然后发送给用户，延迟包括发送视频块和从相邻边缘服务器传输的时间，由于在相邻边缘服务器进行转码会导致显著的延迟，因此本章不考虑相邻边缘服务器缓存视频块的高比特率版本的情况；

26、(4)如果以上情况均不适用，可以认为用户无法在边缘服务器中获取视频块，需要从云端获得，在这种情况下，延迟是从云端发送视频块所需的时间；

27、因此，用户获取视频块的延迟可以表示为：

28、

29、，其中δ是一个小的常数，用于避免除以零。

30、优选的，用户在时间t进入下一个边缘服务器的概率为：

31、

32、，其中当前边缘服务器的范围为x米，车辆速度分布服从从v0m/s到v1m/s的均匀分布。

33、优选的，还包括联合优化目标，联合优化目标由三个组成部分：视频块比特率、延迟以及从云中获取视频块的成本，使用xu，1和xu，2来表示用户对视频比特率和延迟的偏好，q(·)代表用户关于比特率变化的满意度函数，从云中获得视频块的成本，表示为因此，联合优化目标表示为：

34、

35、优选的，还包括强化学习算法的训练方法，具体如下：

36、在每个时隙t，每个代理基于当前状态和随机探索概率选择动作并执行这些动作，然后，用户移动并请求视频块，随后，代理响应用户请求，环境返回下一个状态和奖励，样本存储在经验回放缓冲区中，最后，每个代理基于随机选择的样本更新其参数。

37、与现有技术相比，本专利技术的优点是：

38、(1)本专利技术提供了体验质量驱动的边云视频块调度方法，通过给予调度策略确保能够提高用户的体验质量，它不仅能够保证用户获取视频块的质量并减小延迟，还能减小从云端获得视频块的成本。

39、(2)基于博弈理论，本专利技术将视频块的调度问题建模为多智能体博弈模型，证明了提出的多智能体博弈是一个基于状态的势博弈，通过分别最大化每个代理的奖励函数，算法可以实现最大化全局潜在函数的目标，因此，多代理博弈问题可以分解为个体代理决策问题，同时，本专利技术考虑了每个边缘服务器的资源限制问题，能够更加契合实际应用。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，包括边云系统，所述边云系统由三个组成部分：用户、云端、边缘服务器；所述边云系统的三个组成部分中：

3.根据权利要求1所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，假设时间均匀分为T个时隙，设立一个包含J个缓存服务器的系统，j＝0表示云端上的内容服务器，第j个边缘服务器的缓存大小、计算资源、用户数量、视频块数量和带宽分别表示为Wj,Pj,Uj,Ij,Rj，这些边缘服务器通过网络相互连接，所有视频块的集合以及每个视频块的不同比特率的集合分别用I和Q表示，用表示第i个视频块的第q个比特率，所有用户的集合索引为U，假设视频流由连续的视频块组成，用户按顺序观看这些视频块，用户所属的边缘服务器称为本地边缘服务器。

4.据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，边缘服务器需要满足以下缓存限制：

5.根据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，边缘服务器需要满足以下转码限制：

6.根据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，用户收到视频块的延迟需要满足：

7.根据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，用户除了直接从本地边缘服务器请求视频块之外，还有多种方法来获得视频块，不同的方法会导致不同的延迟，系统会选择延迟最短的方法，以下是用户获得视频块的四种方法：

8.根据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，用户在时间t进入下一个边缘服务器的概率为：

9.根据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，还包括联合优化目标，联合优化目标由三个组成部分：视频块比特率、延迟以及从云中获取视频块的成本，使用xu,1和xu,2来表示用户对视频比特率和延迟的偏好，Q(·)代表用户关于比特率变化的满意度函数，从云中获得视频块的成本，表示为因此，联合优化目标表示为：

10.根据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，还包括强化学习算法的训练方法，具体如下：

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【技术特征摘要】

1.体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，假设时间均匀分为t个时隙，设立一个包含j个缓存服务器的系统，j＝0表示云端上的内容服务器，第j个边缘服务器的缓存大小、计算资源、用户数量、视频块数量和带宽分别表示为wj,pj,uj,ij,rj，这些边缘服务器通过网络相互连接，所有视频块的集合以及每个视频块的不同比特率的集合分别用i和q表示，用表示第i个视频块的第q个比特率，所有用户的集合索引为u，假设视频流由连续的视频块组成，用户按顺序观看这些视频块，用户所属的边缘服务器称为本地边缘服务器。

4.据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，边缘服务器需要满足以下缓存限制：

5.根据权利要求3所述的体验质量驱动的边云视频块调度方法，其特征在于，边...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐殷，肖明军，蔡锦波，
申请(专利权)人：中国科学技术大学苏州高等研究院，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人