CN103476123B - LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，其特征是：包括以下步骤：1)基站eNodeB从用户设备UE接收各视频用户的反馈信息；2)基站eNodeB监测其无线链路控制RLC缓存队列状态，并计算实时视频业务的速率需求R；3)基站eNodeB中的调度器计算以达到视频用户速率需求R时获得的满意度Q(R)为参考的QoE效益函数值；4）调度器结合视频QoE效益函数和终端缓冲区状态等级构造t时刻用户在N个资源块上的分配优先级，其中u、n分别表示用户和资源块RB索引；5)依据步骤（4）构造的资源分配优先级大小，对用户进行优先级排序，轮询为用户分配时频资源块。本发明的方法从视频画面质量及播放过程的流畅性两方面保障用户的业务体验质量。

Description

LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，具体涉及一种长期演进LTE网络中以保障在线视频业务体验质量QoE为目标的下行资源分配方法，确切讲是LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法。

背景技术

3G长期演进LTE系统与2G/3G技术相比能够提供更高的数据速率和更好的网络性能，近年来得到广泛的关注。移动通信网带宽的增长与业务需求的增加是不同步的，因此进行资源分配时应充分考虑业务特点和用户期望。视频业务在移动多媒体业务中将占有最大比重，保障视频流用户的业务体验质量是十分必要的。

LTE中传输块是在媒质接入控制MAC层形成，基站接收每个用户反馈的信息，调度器衡量这些反馈信息，计算此次传输时间间隔要传输的传输块大小及该传输块采用的具体调制编码方案。与传统有线网络或无线局域网场景下视频流媒体业务传输相比，LTE系统的无线信道环境更加复杂，系统可提供的带宽有限，为得到更高的用户满意度，必须保证底层的网络性能与应用层的需求一致，这需要在资源分配时充分考虑业务特性及用户体验质量之间的关系。

基于QoE感知的调度算法的研究主要将瞬时服务质量QoS参数（如业务速率）映射为QoE效益函数，对于服务质量要求相对静态的业务，如恒定比特率的音频或视频流，基于QoE效益函数的调度算法可以得到较好的结果。但是对于优酷等在线视频业务应用，由于其编码和用户行为的特点，对带宽的要求是时变的，所以需要对一般的QoE感知调度算法做适当的调整以得到更好的业务体验质量。

在线视频浏览业务体验质量的评估主要有两方面的考虑：一是度量编码速率和网络传输带来的视频图像失真对用户体验带来的影响，用视频QoE效益函数表示用户感受与实际传输速率及速率需求之间的关系；二是从用户观看视频过程中流畅度的角度量化用户的业务体验质量，应避免频繁重缓冲或缓冲时间过长的状况出现。

目前基于视频业务体验质量QoE的调度算法研究都是以图像失真或视频流畅度单一方面进行分析的，且没有充分考虑LTE系统的特征。因此，发明一种综合考虑影响用户业务体验质量因素的LTE系统多视频用户QoE资源调度方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于公开一种LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，以提高系统内视频业务用户体验。

实现本发明目的的技术是：LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，其特征是：包括以下步骤：

1)基站eNodeB从用户设备UE接收各视频用户的反馈信息；

2)基站eNodeB监测其无线链路控制RLC缓存队列状态，并计算实时视频业务的速率需求R；

3)基站eNodeB中的调度器计算以达到视频用户速率需求R时获得的满意度Q(R)为参考的QoE效益函数值；

4）调度器结合视频QoE效益函数和终端缓冲区状态等级构造t时刻用户在N个资源块上的分配优先级其中u、n分别表示用户和资源块RB索引；

5)依据步骤（4）构造的资源分配优先级大小，对用户进行优先级排序，轮询为用户分配时频资源块。

所述的视频用户的反馈信息包括：信道质量指示CQI值和表征视频业务体验质量QoE的相关信息。

所述的表征视频业务体验质量QoE的相关信息包括两部分：视频终端缓冲区剩余播放时间等级以及表征视频用户满意度与业务速率之间关系的函数模型系数。

所述的步骤2)速率需求R的计算包括：

1）为保证缓存队列中第k个分组在时间内发送出去，须保证数据速率其中τ_qos为业务QoS时延要求，为第k个分组在缓存队列中的等待时间，为缓存队列中第k个分组的大小；

2）视频业务速率需求R表示为其中为业务QoS最低数据速率要求。

所述的步骤3），包括：

1）表征用户满意度与业务速率r之间关系的视频QoE效益函数模型表示为Q(r)=α·r^β+γ，其中系数α、β、γ值由步骤（1）的终端反馈信息得到，终端在建立视频连接时从服务器获得该系数，视频传输过程中不改变；

2）计算将资源块n分配给用户u可以获得的速率以及用户u在调度时刻t的累积分配速率其中L为调度时刻t已经分配给用户u的资源块个数；

3)计算以达到视频业务速率需求R时获得的满意度Q(R)为参考，将资源块分配给用户u可获得的QoE效益函数值 $Q^{*}(R_u^t+r_{u,n}^t)=\left\{\begin{array}{cc}Q(R_u^t+r_{u,n}^t)& R_u^t+r_{u,n}^t<R\\ Q\left(R\right)& R_u^t+r_{u,n}^t>R\end{array}\right.,$ 当用户获得的速率超过其需求时，用户不会因此而增加满意度。

所述的步骤4），包括：

1）为最大化系统整体QoE，应将资源块分配给使视频QoE效益函数增长最大的用户，即对资源块n来说，被选择的用户u^*为 $u^{*}=\arg \max \{Q^{*}(R_u^t+r_{u,n}^t)-Q^{*}\left(R_u^t\right)\};$

2)为使缓冲区剩余播放时间较少的用户拥有较高的分配优先级，用户u资源分配优先级表示为其中g_u为用户u缓冲区剩余播放时间等级值，λ为缓冲区状态等级所占的权值系数。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)本发明的LTE下行资源分配方法通过计算用户u在第n个资源块上的即时速率建立起视频业务速率与QoE效益函数之间的联系；此外视频QoE效益函数模型的构造以达到业务速率需求时的用户满意度为参考，即使获得超过需求的额外速率，QoE效益函数值不再增加。

2)本发明的LTE下行资源分配方法在构造用户分配优先级时，将视频QoE效益函数增量与终端缓冲区剩余播放时间状态等级相结合，选择视频QoE增量大和终端缓冲区剩余播放时间少的用户优先分配资源块，从视频画面质量及播放过程的流畅性两方面保障用户的业务体验质量。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明的系统实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细的说明：

参照图1，本发明的应用场景为长期演进LTE网络下行资源分配，假设小区频谱带宽为10MHz，可调度资源块RB数量为N个，在某一调度时刻，小区中有U个在线视频用户要接受服务，每个用户只产生一种业务。通过在用户设备UE增加视频业务QoE信息采集模块，用户把自己的缓冲区状态等级信息及视频QoE效益函数模型系数发送给基站，基站基于此计算用户资源分配优先级。由于网络环境和视频业务内容是实时变化的，所以在信道质量较差时视频容易出现卡顿，影响用户体验。将用户缓冲区状态作为构造资源分配优先级的影响因子，缓冲区剩余播放时间越少，其状态等级越高，该用户将具有较高的分配优先级。

参照图2，本发明所述方法具体包括如下步骤：

步骤一：基站eNodeB从用户设备UE接收各视频用户的反馈信息，包括：信道质量指示CQI值和表征视频业务体验质量QoE的相关信息及服务质量QoS信息。

视频QoE相关信息包括两部分：视频终端缓冲区剩余播放时间等级以及表征视频用户满意度与业务速率之间关系的函数模型系数。

步骤二：基站eNodeB监测其无线链路控制RLC缓存队列状态，并计算实时视频业务的速率需求R，速率需求R的计算如步骤(2a)～(2b)：

（2a）为保证缓存队列中第k个分组在时间内发送出去，须保证数据速率其中τ_qos为业务QoS时延要求，为第k个分组在缓存队列中的等待时间，为缓存队列中第k个分组的大小。

（2b）视频业务速率需求R表示为其中为业务QoS最低数据速率要求。

步骤三：基站eNodeB中的调度器计算以达到视频用户速率需求R时获得的满意度Q(R)为参考的QoE效益函数值，具体计算如步骤(3a)～(3c)

（3a）表征用户满意度与业务速率r之间关系的视频QoE效益函数模型表示为Q(r)=α·r^β+γ，其中系数α、β、γ值由步骤一的终端反馈信息得到，终端在建立视频连接时从服务器获得该系数，视频传输过程中不改变。

（3b）计算将资源块n分配给用户u可以获得的速率以及用户u在调度时刻t的累积分配速率其中L为调度时刻t已经分配给用户u的资源块个数。

（3c）计算以达到视频业务速率需求R时获得的满意度Q(R)为参考，将资源块分配给用户u可获得的QoE效益函数值 $Q^{*}(R_u^t+r_{u,n}^t)=\left\{\begin{array}{cc}Q(R_u^t+r_{u,n}^t)& R_u^t+r_{u,n}^t<R\\ Q\left(R\right)& R_u^t+r_{u,n}^t>R\end{array}\right.,$ 当用户获得的速率超过其需求时，用户不会因此而增加满意度。

步骤四：调度器结合视频QoE效益函数和终端缓冲区状态等级构造t时刻用户在N个资源块上的分配优先级其中u、n分别表示用户和资源块RB索引。

（4a）为最大化系统整体QoE，应将资源块分配给使视频QoE效益函数增长最大的用户，即对资源块n来说，被选择的用户u^*为 $u^{*}=\arg \max \{Q^{*}(R_u^t+r_{u,n}^t)-Q^{*}\left(R_u^t\right)\}.$

（4b）为使缓冲区剩余播放时间较少的用户拥有较高的分配优先级，用户u资源分配优先级表示为其中g_u为用户u缓冲区剩余播放时间等级值，λ为缓冲区状态等级所占的权值系数。

步骤五：依据步骤四构造的资源分配优先级大小，对用户进行优先级排序，轮询为用户分配时频资源块。

本实施例没有详细叙述的部分和英文缩写属本行业的公知常识，这里不一一叙述。

Claims (5)

1.LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1)基站eNodeB从用户设备UE接收各视频用户的反馈信息；

步骤2)基站eNodeB监测其无线链路控制RLC缓存队列状态，并计算实时视频业务的速率需求R；

步骤3)基站eNodeB中的调度器计算以达到视频用户速率需求R时获得的满意度Q(R)为参考的QoE效益函数值；

步骤4)调度器结合视频QoE效益函数和终端缓冲区状态等级构造t时刻用户在N个资源块上的分配优先级其中u、n分别表示用户和资源块RB索引；

步骤5)依据步骤(4)构造的资源分配优先级大小，对用户进行优先级排序，轮询为用户分配时频资源块；

所述的步骤3)，包括：

1)表征用户满意度与业务速率r之间关系的视频QoE效益函数模型表示为Q(r)＝α·r^β+γ，其中系数α、β、γ值由步骤(1)的终端反馈信息得到，终端在建立视频连接时从服务器获得该系数，视频传输过程中不改变；

2)计算将资源块n分配给用户u可以获得的速率以及用户u在调度时刻t的累积分配速率其中L为调度时刻t已经分配给用户u的资源块个数；

3)计算以达到视频业务速率需求R时获得的满意度Q(R)为参考，将资源块分配给用户u可获得的QoE效益函数值当用户获得的速率超过其需求时，用户不会因此而增加满意度。

2.根据权利要求1所述的LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，其特征是：所述的视频用户的反馈信息包括：信道质量指示CQI值和表征视频业务体验质量QoE的相关信息。

3.根据权利要求2所述的LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，其特征是：

所述的表征视频业务体验质量QoE的相关信息包括两部分：视频终端缓冲区剩余播放时间等级以及表征视频用户满意度与业务速率之间关系的函数模型系数。

4.根据权利要求1所述的LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，其特征是：所述的步骤2)速率需求R的计算包括：

1)为保证缓存队列中第k个分组在时间内发送出去，须保证数据速率其中τ_qos为业务QoS时延要求，为第k个分组在缓存队列中的等待时间，为缓存队列中第k个分组的大小；

2)视频业务速率需求R表示为其中为业务QoS最低数据速率要求。

5.根据权利要求1所述的LTE网络视频业务QoE保障资源分配方法，其特征是：所述的步骤4)，包括：

1)为最大化系统整体QoE，应将资源块分配给使视频QoE效益函数增长最大的用户，即对资源块n来说，被选择的用户u^*为 $u^{*}=\arg max\{Q^{*}(R_u^t+r_{u,n}^t)-Q^{*}\left(R_u^t\right)\};$

2)为使缓冲区剩余播放时间较少的用户拥有较高的分配优先级，用户u资源分配优先级表示为其中g_u为用户u缓冲区剩余播放时间等级值，λ为缓冲区状态等级所占的权值系数。