CN102523291A - 实现移动对等网络流媒体体验质量策略管理的模型架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于移动网络中对等网络(P2P)流媒体业务体验质量(QoE)的策略管理模型架构，可在动态变化的移动网络环境和用户需求下为节点提供良好的业务QoE保障。该模型架构主要包括以下模块：移动P2P(MP2P)流媒体服务器，用于用户业务请求处理、用户信息获取及QoE管理策略执行；QoE评测模块，用于移动网络环境信息获取及用户QoE的动态评测；策略服务器，用于QoE管理策略信息的动态选择和更新。本发明应用于基于移动蜂窝通信系统中的P2P流媒体业务QoE策略管理，可有效地降低网络动态性和终端异构性对业务质量的影响，达到了保障业务移动P2P流媒体业务QoE性能的目的。

Description

实现移动对等网络流媒体体验质量策略管理的模型架构

技术领域

本发明涉及一种对等网络(P2P)流媒体技术领域，具体地说，是在移动网络环境下实现移动P2P(MP2P)流媒体业务体验质量(QoE)策略管理的模型架构。

背景技术

流媒体又叫流式媒体，是网络音视频技术发展到一定阶段的产物，是一种解决多媒体播放时网络带宽问题的“软技术”。流媒体是将连续的影像和声音信息经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由音视频服务器向用户计终端连续、实时地传送，该技术首先在用户端的电脑上创造一个缓冲区，播放前预先下载文件的一小段数据作为缓冲，播放过程取用这一小段缓冲区内的数据进行播放。在播放的同时，多媒体文件的剩余部分在后台继续下载填充到缓冲区。这样，当网路实际连线速度小于播放所耗用数据的速度时，可以避免播放的中断，也使得播放品质难以维持。流媒体技术并不是单一的技术，它是融合很多网络技术之后所产生的技术，涉及到媒体数据的采集、压缩、存储以及网络通信。宽带网络技术的飞速发展推动了流媒体直播系统技术应用范围的广泛扩展。P2P流媒体将已在传统固定网络中取得成熟应用的P2P技术引入到流媒体传输中，能够实现充分利用终端资源，降低运营成本的目的，目前已经在互联网中得到了广泛的应用。然而由于P2P流媒体业务对网络数据传输速率和终端能力要求较高，目前还不能简单地从固定网络移植到移动网络中来。

随着无线通信技术的发展，特别是近年来HSPA、LTE等技术的不断成熟和推广，使得无线接入网络的上下行传输速率极大提高、移动核心网的全IP化以及终端处理和存储能力也日益增强，这些都为P2P流媒体业务在未来移动网络中的应用推广创造了积极的条件。一些研究人员已经开始对在移动网络中部署P2P流媒体业务进行探讨，并取得了一定的研究成果。Zhou Su等人发表的“An integrated Retrieval andPre-fetching algorithms for Segmented Streaming in Mobile Peer-to-Peer Networks”(参见IEEE InternationalClusterComputing，2005)提出了一种查询、预获取算法来解决移动P2P网络的资源发现和数据复制问题。Moraes，I.M.等人发表的题为“On the impact of user mobility on peer-to-peer video streaming”(参见IEEEWireless Communications，2008)指出无线Mesh网络中用户的移动性会给P2P流媒体传输带来寻址、数据转发的困难。Mushtaq，M.和Ahmed，T发表的题为“P2P-Based Mobile IPTV：Challenges and Opportunities”(参见AICCSA 2008)分析了基于P2P的移动IPTV业务面临的挑战和机遇，指出需要监测移动网络环境的变化并动态管理P2P终端的协作过程，为以后的研究提供了一定的借鉴和参考。但这些研究还只是处于探索阶段，未能很好解决移动网络中P2P流媒体存在、业务数据分发策略以及业务QoE动态管理等问题。

QoE定义为一个应用或业务的总体可接受性，是终端用户的主观感知，总体可接受性受用户期望和环境影响。QoE是用户对网络服务的满意程度，反映了已经得到用户认同的该用户获得的QOS水平。不同的业务具有不同的性能度量和目标。比如语音业务用户希望得到清晰的、无噪音的、无回音的通话效果，数据业务用户则对业务响应时间和有效载荷，以及它们的抖动范围感兴趣。移动网络中P2P流媒体业务的QoE的高低是决定该业务能否被用户接受的关键因素。对于多媒体业务而言，研究QoE参数指标的高低具有更切实的需求，同时QoE又和QoS参数有密切的关系，可以说QoE主要受到QoS的决定，还与用户个体因素和业务类型相关。ITU-T、3GPP、ETSI等标准化组织对QoE开展了标准制定工作，主要涉及IPTV、移动流媒体业务的QoE度量指标、测量方法、QoE评估等(参见“ITU-T Recommendation J.149：Method forspecifying accuracy and cross-calibration of Video Quality Metrics(VQM)”，March，2004；以及“3GPP TS 26.234V8.1.0.Transparent end-to-end Packet-switched Streaming Service(PSS)；Protocols and codes(Release 8)”，December，2008)，但至今还没有一个统一、可行的QoE评价及管理体系。对于P2P流媒体业务，QoE问题主要表现为播放延迟过长、播放质量不稳定、对视频点播VCR操作(播放、暂停、随机跳跃等操作)支持不足等，且鉴于P2P覆盖网络在路由、组网方面的特殊性，现有研究提出的QoE管理方法难以直接应用于P2P流媒体系统中。

在移动P2P流媒体系统中，为了改善用户QoE，需要提供一个优良的网络QoS环境。移动网络P2P流媒体业务的传输是一个移动节点相互协作的过程，目前主要的QoS保证机制主要有缓存管理、节点选择和数据调度。

基于策略的管理方法是通过策略来实现对被管理系统的分布式、自动化以及动态自适应的管理，在涉及到动态调节的学术研究和应用中已越来越受到重视。目前，IETF、电信管理论坛(TeleManagement Forum、TMF)等标准化组织，英国伦敦皇家学院、欧洲的分布式管理任务组(Distributed Management Task Force，DMTF)等研究组织及许多大学都积极开展了基于策略的管理方法的研究，并已经取得了卓有成效的成果。特别是IETF定义的策略核心信息模型(Policy Core Information Model，PCIM)及其扩展(PCIMe)(参见IETF RFC3460)、基于策略的网络管理(Policy Based Network Management，PBNM)框架(参见IETFRFC3318)为策略管理系统提供了标准化基础。但目前还没有将策略管理用于P2P流媒体系统的相关研究。所以有必要研究一种可以根据终端、网络的情况自适应调整P2P流媒体QoE管理策略的策略信息模型，从而能方便高效地改善用户QoE，提高网络资源利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足以及移动网络环境的动态变化，提供一种实现移动对等网络流媒体业务客户体验质量策略管理的模型架构，通过对移动网络环境及业务请求用户相关信息的实时获取和流媒体业务QoE的实时评估，自适应地实现策略管理信息的制定及选择，并将其下发至MP2P流媒体服务器执行，从而实现移动网络P2P流媒体业务QoE的动态、实时管理，为移动网络用户提供良好的业务体验质量。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于描述和构建MP2P流媒体业务QoE管理策略的构架模型，所述构架模型包括：移动P2P(MP2P)流媒体服务器，用于实现用户业务请求处理、用户信息获取及QoE管理策略执行；QoE评测模块，用于实现移动网络环境信息获取及用户QoE综合信息动态评测；策略服务器，用于实现QoE管理策略信息动态选择。

所述的策略管理架构，其中，通过节点与上述网络实体以及上述网络实体之间的信息交互完成对移动网络P2P流媒体业务QoE的快速、动态管理。

所述的策略管理架构，其中，所述的节点与网络实体交互的信息包括：节点终端信息、节点流媒体资源信息、业务接入请求信息、业务更新请求信息、用户QoE信息、策略初始化及更新信息。

所述的策略管理架构，其中，所述的网络实体间交互的信息包括：网络结构信息、网络质量信息、业务请求节点信息、QoE综合评测信息、策略更新请求信息、策略更新确认信息及执行策略信息。

有益效果：本发明应用于移动网络环境下的P2P流媒体业务，能够根据移动网络环境及用户状态信息的实时变化对业务QoE策略进行动态管理，可有效应对无线信道质量不稳定、节点移动性等因素对P2P流媒体业务服务质量所造成的影响，满足用户对业务内容和业务质量等级要求的实时变更，从而通过自适应的QoE策略管理为用户提供良好的QoE保障。

通过研究以下附图和详细描述，根据实施例的其他方法对本领域的普通技术人员将会变得明显。所有这种方法旨在包括在这一描述中、在本发明的范围内并且由附属权利要求书保护。

附图说明

图1是QoE策略管理信息模型框架示意图；

图2是QoE策略管理实施示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施方式与优选实施例。

本发明的实施方式

本发明的核心思想是：对于承载于移动网络环境中的P2P流媒体业务，由于环境质量的时变性以及节点的移动性，导致了所执行策略信息的不确定性。本发明通过对网络质量和用户服务质量信息的动态测量及实时评估，自适应地调整执行策略，为用户提供更好的QoE保证。

本发明所适用的网络环境为任何能承载对P2P流媒体业务的无线移动网络，如WLAN、传统蜂窝网络(3G/LTE)等。

下面参照附图对本发明的实施进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

图1所示为基于策略的移动网络P2P流媒体QoE管理信息模型框架示意图。如图所示，该架构包括以下功能模块，各模块的主要功能如下：

MP2P流媒体服务器：是策略执行点，负责执行策略服务器提供的策略，根据策略选取恰当的QoS保证机制，控制终端的协作过程。

QoE评测模块：1)与MP2P流媒体服务器交互，获取业务的相关信息；2)根据业务相关信息和当前移动网络环境(包括带宽、负载、干扰、信道衰落等)确定QoE关键度量指标，并告知终端需要测量的相关信息；3)利用终端测量的度量指标值对QoE进行实时评价，并根据评价结果判断是否需要重新选择或更新策略；4)若需要重新选择或更新策略，则与策略服务器交互告知QoE评价结果及终端终端、网络、业务等信息。

策略服务器：根据QoE评价结果及其它相关信息从策略数据库选择恰当的QoS策略，并将策略发送到MP2P流媒体服务器；同时根据机器学习理论更新原有策略或生成新的策略，并存储到策略数据库中。

策略数据库：存储基于策略信息模型制定的QoS策略，如：终端选择策略、缓存管理策略、数据调度策略等。

原始内容服务器：保存有完整的原始内容文件，用于提供初始的内容分发和用户服务，并在其他终端无法提供所需内容服务时，向用户提供最终的服务。

缓存服务器：通常设置在网络边缘，向用户提供就近的快速服务。

节点：既是P2P流媒体业务的服务使用者，又是服务的提供者，并且可将相关信息报告给QoE评测模块和MP2P流媒体服务器。

本发明所述QoE策略管理信息模型的实施步骤如图2所示，包括以下步骤：

步骤200：用户业务接入过程。

这里，所述的相关信息交互包括：用户向系统发起的业务请求信息、系统对业务请求用户的业务允许接入信息或业务拒绝接入信息、用户所请求业务信息以及该业务请求节点的系统用户信息。所述的用户系统信息包括：该用户所处的业务等级，用户的QoE权限等。具体实施过程为：用户需要对一直播流媒体发起业务请求时，首先向所在的MP2P流媒体服务器发起业务接入请求，该服务器进行系统信息查询，若该用户拥有业务权限，则发送允许接入信息，否则，向该业务请求节点发送拒绝接入信息。同时，若允许该用户接入，则向该节点索取该用户系统信息，并存储于为其提供流媒体服务的MP2P流媒体服务器，完成用户业务接入过程。

步骤201：系统对初始接入用户的策略初始化。

其具体实施过程为：当进行业务请求的用户被允许接入后，根据步骤200所述，为其提供服务的MP2P流媒体服务器获取该节点的用户系统信息。之后，该流媒体服务器将所存储的关于该节点的用户信息转发给QoE评测模块策略服务器，并触发该评测模块对该用户当前所处的网络质量进行实时评估。待评估完成后，上述评测模块将其所拥有关于该请求节点信息发送至策略服务器。之后，该策略服务器根据用户QoE要求实施策略动作，完成策略信息的自适应选择，并将所选择结果发送至上述MP2P流媒体服务器。该服务器执行相关策略信息，完成对初始接入用户的策略初始化。

这里，所述的策略选择过程具体包括缓存管理策略信息选择、节点选择策略信息选择和数据调度策略信息选择。

这里，所述的缓存管理策略信息选择具体过程为：首先根据从QoE评测模块获得的用户终端类型信息、请求业务类型及用户等级信息等相关信息，为用户终端选择合适的缓存区大小，接着依据不同的策略动作属性为主、从缓存区选择相应的划分比例。之后，系统基于以上信息和不同的策略动作属性为用户缓存区选择合适的前摄和更新算法。

这里，所述的节点选择策略信息选择具体过程为：首先根据从QoE评测模块所得到的网络拓扑信息、网中节点资源可用性及用户所请求业务类型等相关信息，基于不同的策略动作属性初步从网中节点遴选出适合的邻居节点。之后系统依据不同策略动作属性自适应地从已选出的邻居节点中选择合适的节点作为服务提供节点。

这里，所述的数据调度策略信息选择具体过程为：首先该策略信息服务器根据以获取网络质量信息分析物理信道的最大传输能力，之后，对根据节点所处的用户等级及其所请求业务类型分配相应的传输带宽。之后，结合相关的策略动作属性进行数据调度算法的选择。

在完成节点接入和策略信息初始化后即开始流媒体业务服务过程，在此过程中，需要根据实际网络环境变化自适应地对用户所执行策略信息进行更新，最大限度地为用户提供QoE保证。

步骤202-205：在服务过程中的策略更新。

在服务提供过程中，为了实现对用户QoE的策略管理，需要实时获取相关网络质量信息和用户系统信息，为策略的自适应选择提供依据。其具体实施过程为：每隔限定时间周期，用户向与其相应的QoE评测模块发送其用户服务质量信息，同时该评测模块对节点当时所处的无线网络质量进行评估，待这两项信息获取完整后，将它们转发给策略服务器，对在该策略服务器中所存储的节点信息进行更新。同时，上述策略服务器进行自适应判断，决定是否需要对该节点的现存策略进行策略更新。如需要则进行与步骤201中所述相同的自适应策略选择过程，并将其所选择策略发送至MP2P流媒体服务器，执行对其所服务节点的策略更新，否则，不执行任何动作。

在服务过程中由于无线网络环境的时变性和节点的移动性，会导致部分服务提供节点失效。这时，需要进行节点切换处理。

步骤206-208：在服务过程中的节点切换处理。

策略服务器在获取相关的网络环境信息和用户服务质量信息后，可基于不同的策略动作属性进行节点切换处理。其具体实施过程为：根据来自QoE评测模块的相关用户信息进行切换处理判断，决定是否需要进行节点切换操作。如需要，则先将网络中的内容服务器作为该节点的服务提供节点并建立业务请求节点与该服务器之间的服务连接，同时，断开不符合QoE要求的相关服务提供节点。之后，由策略服务器基于不同的策略动作属性进行新的节点选择操作，在该策略动作完成后，建立用户与所选节点之间的服务连接，待建立稳定连接后，断开其与上述内容服务器的连接，若不需要进行切换操作，则不进行任何操作。

这里，所述的切换处理判断具体实施过程为：若在给定次数内，来自QoE评测模块的QoE综合评测信息均低于预定的门限值，则首先判断为服务节点质量恶化，此时判定为需要进行节点切换。

步骤209-211：节点切换保护处理。

在切换过程中，如由于网络质量恶化，会出现连续切换现象，这样不但无法改善用户的QoE，同时也造成了系统资源的严重浪费，节点切换保护处理即最大程度避免这种不必要的资源占用。其具体实施过程为：若连续进行给定次数的切换处理后，来自QoE评测模块的QoE综合评测信息均低于预定的门限值，则判定为网络环境质量恶化。此时。将在给定时间周期内不再进行节点切换处理，并将其与最近几次切换中效果最好的节点建立服务连接，直至该时间周期结束。

下面给出具体实施例，实施场景为用户A需要在移动网络中进行P2P流媒体业务服务，所处网络环境为WCDMA网络。

该用户的业务信息如下：

用户等级：高优先级用户组；

支持的业务类型：直播流媒体业务、点播流媒体业务；

终端类型：小存储容量设备。

系统参数：更新时间周期TR、策略更新门限值RT、连续更新次数限定R_N、切换次数限定H_N、节点切换保护处理时间周期TP和切换保存次数N。

具体实施过程如下：

用户A向其所在服务区的MP2P流媒体服务器发起业务请求，该服务器查询系统中相关用户信息，在判定该用户拥有业务权限后，上述向该节点发送业务允许接入信息，同时其索取其它相关用户系统信息，待收到回送信息后，该MP2P流媒体服务器存储这些信息并完成用户业务接入过程。

之后，上述MP2P流媒体服务器将其所存储的用户A系统信息转发至QoE评测模块策略服务器，并触发该评测模块对A当前所处的无线网络质量进行实时评估。评估完成后，QoE评测模块将其所拥有A用户相关信息发送至策略服务器。该策略服务器根据用户A的QoE要求实施策略动作，完成初始化策略信息选择，并将所选择结果发送至上述MP2P流媒体服务器。该服务器执行相关策略信息，完成对初始接入用户的策略初始化。

MP2P流媒体服务器根据用户A的业务请求开始提供流媒体服务。在服务开始后，每隔时间周期T_R，用户向为其提供服务的QoE评测模块发送其用户服务质量信息，同时触发该评测模块对A当前所处的无线网络质量进行评估，待这两项信息获取完整并进行综合评测后，将这些信息全部转发给策略服务器，完成对在该策略服务器中所存储节点信息的更新。同时，上述策略服务器进行自适应判断，完成策略更新判决。

如判定结果为需要进行更新，则触发策略服务器开始自适应策略选择过程。在缓存管理策略阶段，根据其系统用户信息中的终端类型为小存储容量设备，为其划分较小的缓存区；由于该处于高优先级用户组，其为其划分较大主缓存区；根据所请求业务为直播流媒体业务，为其选择直播缓存前摄和更新算法。在节点选择阶段，根据A用户所处网络结构，首先基于策略动作属性为所请求流媒体类型为其选择邻居节点集S；在集合S中，基于策略动作属性为最大节点可用性为用户A选择其服务提供节点集R。在数据调度阶段，根据其无线网络质量及所在用户等级，基于策略动作属性为所请求流媒体类型为其选择数据调度算法为最少优先算法。之后将这三个阶段所选择的策略信息发送至MP2P流媒体服务器，该服务器执行对用户A的策略更新。

如判定结果为不需要进行更新，则不执行任何操作。

在服务过程中，连续进行R_N更新后，QoE评测模块所得用户质量信息评测结果仍低于门限值R_T，则判定为服务节点质量恶化，需要进行节点切换处理。之后先将网络中的内容服务器作为用户A的服务提供节点并建立A与该服务器之间的服务连接，同时，断开不符合QoE要求的相关服务提供节点。之后，由策略服务器基于策略动作属性为最大稳定度进行新的节点选择操作，在该策略动作完成后，建立用户与所选节点之间的服务连接，待建立稳定连接后，断开A与上述内容服务器的连接。至此，完成节点切换处理。

在切换过程中，出现连续切换的情况时，若连续H_N次更新后，QoE评测模块所得用户质量信息评测结果仍低于门限值R_T，则判定为网络环境质量恶化。此时，在接下来的时间周期T_P内不再进行节点切换处理，并将其与最近N次切换中效果最好的节点建立服务连接，直至该时间周期结束。

根据上述详细描述可对本发明作这些和其他修改。以上申请专利范围中使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书和申请专利范围中所揭示的特定实施例。相反，本发明的范畴完全由以下申请专利范围确定，其将根据申请专利范围解释的制定原则而理解。

Claims (9)

1.一种用于移动网络环境下的对等网络(P2P)流媒体业务体验质量(QoE)策略管理模型，所述模型架构包括：

实现用户业务请求处理、用户信息获取及业务QoE管理策略执行的移动P2P(MP2P)流媒体服务器；

实现移动网络环境信息获取及用户QoE综合信息动态评测的QoE评测模块；

实现QoE管理策略信息动态选择的策略服务器。

2.根据权利要求1所述的模型架构，其中所述MP2P流媒体服务器所处理的用户业务请求包括：

业务类型：用于描述用户所请求业务的实时性要求，具体分为点播型业务和直播型业务；

业务内容：用于描述用户所请求业务的内容信息，具体包括业务名称和业务内容唯一标识号；

业务质量要求：用户描述用户对所请求业务的质量要求，具体包括内容的画面清晰度、伴音音质效果等级和业务播放流畅度之间的优先级关系等。

3.根据权利要求1所述的模型架构，其中所述MP2P流媒体服务器所获取的用户信息包括：

初始用户信息：用于描述已存储于网络中的用户信息，具体包括用户归属地信息、当前用户所处服务区信息、用户业务权限、用户业务级别和用户当前所持设备信息等；

更新用户信息：用于描述在用户建立业务连接的更新用户信息。

4.根据权利要求3所述的用户信息，其中所述MP2P流媒体服务器所获取的更新用户信息具体包括：

周期更新用户信息：用于描述以周期性方式所进行的更新用户信息，具体包括用户当前所处服务区信息和用户当前所持设备信息等；

触发更新用户信息：用于描述以用户触发方式所进行的更新用户信息，具体包括用户业务类型变更请求信息、业务内容变更请求信息和当前业务质量要求变更请求信息等。

5.根据权利要求1所述的模型架构，其中所述MP2P流媒体服务器所执行的QoE管理策略包括：

初始QoE管理策略：用于描述建立初始业务连接时所配置的QoE管理策略信息；

更新QoE管理策略：用于描述在业务提供过程中动态下发给用户的QoE管理策略信息。

6.根据权利要求1所述的模型架构，其中所述QoE评测模块所获取的移动网络环境信息包括当前剩余可使用带宽、当前所处服务小区负载、用户所处位置干扰和信道衰落等。

7.根据权利要求1所述的模型架构，其中所述QoE评测模块根据业务请求节点所反馈的流媒体业务质量信息对该节点用户的QoE信息进行动态综合评测，并将评测结果实时上报至策略服务器。

8.根据权利要求1所述的网络架构，其中所述策略服务器根据由QoE评测模块上报的移动网络环境信息和QoE综合评测结果对是否需要对当前服务节点发起QoE管理策略信息更新进行判决：

若需要发起QoE管理策略信息更新，则策略服务器当前存储的用户信息及所收到的QoE综合评测结果为其动态选择QoE管理策略，并将所选QoE管理策略信息下发至MP2P流媒体服务器；

若不需要，则策略服务器维持当前QoE管理策略信息，并将当前QoE策略信息保持指令下发至MP2P流媒体服务器。

9.根据权利要求1所述的模型架构，其中所述MP2P流媒体服务器根据策略服务器下发的QoE管理策略更新信息对其所服务用户的QoE策略管理信息进行具体配置。

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