CN103931259B - 通过优化资源分配来提高自适应流式传输的视频质量 - Google Patents
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Abstract
分配用于从通信网络中的网络元素(例如，基站或BodeB)向与该网络元素(例如，基站或BodeB)通信的一个或多个移动设备传送内容的资源，可以包含：在所述网络元素(例如，基站或BodeB)处，接收对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的特征信息(例如，下行链路信号质量、屏幕大小、屏幕分辨率、订户类别、视频或复杂性、或网络相关的信息，如负载或拥塞状态)(S210)；以及在所述网络元素(例如，基站或BodeB)处，分别生成对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率，AGBR，值(S220)。所述AGBR值可以是针对所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的基于所述对应的特征信息(例如质量、CQI等,…)所生成的保证比特率，GBR，值。可以在所述网络元素(基站)处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法(比例公平)；以及可以基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备分配资源(S240)。
Description
技术领域
示例实施例一般涉及无线网络中的资源分配。
背景技术
HTTP自适应流式传输（HAS）正在兴起成为流行的方法以流式传输视频点播和实时内容。在视频质量能够基于服务器和客户端之间的可使用的带宽或数据速率来调节的意义上，HAS是自适应。然而，独立于共享相同资源的其它视频用户，每个客户端个体地适应它的视频质量。
在传统系统中，通过移动无线的HAS流式传输基于资源的尽力而为分配。基站通常使用比例公平调度器，其不知道HAS流并且将HAS和其它流同等对待。另外，能够设置保证比特流（GBR）并且能够保证针对特定流的吞吐量。当信道和负载变化时，已知的是将保证比特流（GBR）设置等于传统流式传输（RTP/UDP或HTTP/TCP渐进式下载）的固定源编解码器速率以通过稳定地提供速率来提高体验质量（QoE）。
发明内容
示例实施例针对用于通过优化资源分配来提高自适应流式传输的视频质量的方法和装置。
根据至少一个示例实施例，一种分配资源的方法，所述资源用于将内容从通信网络中的网络元素传送到一个或多个移动设备，所述一个或多个移动设备中的每个移动设备都与所述网络元素通信，所述方法可以包含：在所述网络元素处接收对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的特征信息；以及在所述网络元素处分别生成对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率（AGBR）值。所述AGBR值可以是针对所述一个或多个移动设备中的每个移动设备基于所述对应的特征信息所生成的GBR值。可以在所述网络元素处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法；以及可以基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备分配资源。
根据至少一个示例实施例，一种网络装置，其可被配置为分配资源以用于将内容从所述网络装置传送到与一个或多个移动设备，所述一个或多个移动设备中的每个移动设备都与所述网络装置通信。所述网络装置可以包含：接收单元，其被配置为接收数据；传送单元，其被配置为传送数据；存储单元，其被配置为存储与所述一个或多个移动设备对应的参数；以及处理单元，其耦合到所述传送单元、所述接收单元以及所述存储单元，并且被配置为控制与向所述一个或多个移动设备中的一个移动设备分配资源相关联的操作。所述操作可以包含：在所述网络元素处接收对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的特征信息；在所述网络元素处分别生成对应于所述一个或多个移动设备中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率（AGBR）值，所述AGBR值是针对所述一个或多个移动设备中的每个移动设备基于所述对应的特征信息所生成的GBR值，在所述网络元素处基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法，以及基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备分配资源。
附图说明
从以下提供的详细描述和附图将更充分地理解示例实施例，其中相同的元素由相同的标记来表示，其仅是通过说明的方式给出，因此不限制示例实施例，并且其中：
图1A是说明通信网络的一部分的示意图。
图1B是说明网络元素的示例结构的示意图。
图2是说明用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的方法的流程图。
具体实施方式
现在，将参照一些示例实施例的附图更充分的描述各种示例实施例。
本文公开了详细的说明性的实施例。然而，出于描述示例实施例的目的，本文所公开的特定结构性和功能性的细节仅是代表性的。然而，示例实施例可以以许多可替代的形式来具体化，并且不应当被理解为仅限制于本文所公开的实施例。
因此，虽然示例实施例能够有各种修改和可替代的形式，但是示例实施例在附图中是通过示例来示出的并且在本文中将进行详细描述。然而，应当理解的是，不是意在将示例实施例限制于所公开的特定形式，而是相反，示例实施例将覆盖落入示例实施例的范围内的所有修改、等同和替代。在整个附图的描述中，相同的标记指相同的元素。如本文所使用的，术语“和/或”包含相关联的所列出的项目中的一个或多个项目的任何或所有组合。
应当理解的是，当元素被称为连接到或耦合到另一元素时，它可以是直接连接或耦合到其它单元或可能存在的中间元素。相反，当元素被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元素时，就不存在中间的元素。用于描述元素之间的关系的其它词汇应当以相同的方式来解读（例如，“之间”对“直接之间”，“相邻”对“直接相邻”等）。
本文所使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并且不是意在限制示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”意在也包含复数形式，除非上下文中清楚地另外指明。还应当理解的是，当在本文使用时，术语“包括”、“由…组成”、“包含”和/或“含有”指存在所阐明的特性、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但是不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其聚合。
还应当注意的是，在一些可替代的实现方式中，所阐明的功能/动作可以不按附图中所阐明的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个图可能大体上同时执行或可能有时以相反的顺序来执行。
如本文所使用的，术语“移动单元”可以被认同义于并且在下文中可以偶尔指终端、接入终端（AT）、移动站、移动用户、用户设备（UE）、移动订户、用户、远程站、接收器等，并且可以描述无线通信网络中的无线资源的远程用户。术语基站可以被认为同义于和/或指基站收发信台（BTS）、NodeB、增强的Node B（eNodeB）、毫微微小区、接入点等，并且可以描述为网络和一个或多个用户之间的数据和/或语音连通性提供无线电基带功能的设备。
在本文中，示例实施例被论述成实现在合适的计算环境中。虽然不要求，但是将在由一个或多个计算机处理器或CPU执行的计算机可执行指令（诸如，程序模块或功能过程）的一般上下文中描述示例实施例。一般地，程序模块和功能过程包含：例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行特定任务或实现特定的抽象数据类型。可以使用现有的硬件在现有的通信网络中实现本文所论述的程序模块和功能过程。例如，可以使用现有的硬件在现有的网络元素或控制节点（例如，图1中所示出的服务网关（SGW）或基站（BS））来实现本文所论述的程序模块和功能过程。此类现有的硬件可以包含一个或多个数字处理器（DSP）、专用集成电路、现场可编程门阵列（FPGA）计算机或诸如此类。
在以下描述中，将参照动作和符号表征的操作（例如，以流程图的形式）来描述说明性实施例，除非以其它方式指明所述动作和操作可以由一个或多个处理器来执行。照此，应当理解的是，此类动作和操作，有时将其称为计算机可执行的，包含由处理器对以结构化形式表示的电子信号的处理。这种处理变换数据或将该数据维持在计算机的存储系统中的存储单元处，其以本领域的技术人员容易理解的方式重新配置或以其它方式改变计算机的操作。
网络架构概述
图1说明了无线通信网络100的一部分。参照图1，无线通信网络100包含：服务网关（SGW）101、以及基站（BS）105、以及包含第一至第四移动设备110～125的多个移动设备。BS105连接到SGW101。无线网络100可以具有与SGW101通信的多个BS，然而出于简洁只示出了一个BS。SGW101能够路由和转发连接到BS105的移动设备的用户数据分组。此外，虽然出于简明的目的没有说明，但是SGW101可以为BS105提供至分组数据网络（PDN）网关的接入。此外，BS105可以连接到第一至第四移动设备110-125，所述移动设备中的每个移动设备可以与BS105无线地通信。虽然，出于简洁的目的，只说明了四个移动设备，但是任何数量的移动设备可以连接到BS105。
虽然，在图1中所说明的示例中，无线通信网络100被说明成包含SGW和BS，但是根据示例实施例无线通信网络100可以包含能够通过调度支持跨越多个用户的共享资源的任何类型的无线接入技术。示例包含但不限于：LTE和EVDO无线接入技术。
BS105可以包含：真实调度器106，其包含能够实现用于向连接到BS105的用户分配资源的调度算法的软件和/或硬件。连接到BS105的用户，例如第一至第四移动设备110-125中的任何移动设备，每一个都可以正在使用利用速率自适应流式传输的应用，其中每个用户分析由BS105分配给该用户的带宽的数量，并且基于该带宽请求某一编码率的正在流式传输的内容。这种速率自适应的流式传输的一个示例是用于流式传输视频数据的HTTP自适应流式传输（HAS），其中视频数据具有能够改变的质量等级。例如，如果真实调度器106在用户和BS105之间的承载（bearer）上分配较高的带宽数量，则用户能够检测到高水平的带宽，并且例如通过请求使用高分辨率编码的视频来请求高质量等级的视频。如果真实调度器106降低分配给该用户的带宽的数量，则该用户能够例如通过请求使用较低分辨率编码的视频来请求较低质量等级的视频。虽然以上论述了可变化的视频速率数据，但是根据示例实施例在通信网络100内的用户可以流式传输任何类型的速率自适应数据，例如包含可变质量的音频。
通信网络100可以既包含高级（premium）用户又包含尽力而为（BE）用户。高级用户每一个都可以具有相关联的保证比特率（GBR），而尽力而为用户可能没有GBR。相对于由BS105来分配资源，高级用户一般享有高于BE用户的一定数量的优先权。在图1中所说明的示例中，第一至第四移动设备110-125表示高级用户。
由真实调度器106实现的调度算法例如可以是任何已知的比例公平（PF）调度器，其能够使用保证比特率（GBR）以做出调度决定。由真实调度器实现的调度算法中的一个示例是已知的具有最小速率的比例公平（PFMR）算法。例如，真实调度器106例如可以接收来自对应的应用编程接口（API）的针对连接到BS105的一个或多个用户的GBR值。根据已知的方法，调度器106能够在多个隙中的每个隙上连续地运行调度算法，并且针对每个隙，基于例如包含每个用户可达到的数据速率、平均数据速率和GBR值的信息来向用户分配资源。
如上所述，根据示例实施例，除了真实调度器106外，BS105包含虚拟调度器107。虚拟调度器107能够确定自适应的GBR值，以供由真实调度器106在针对连接到基站105的用户做出资源分配决定中使用。如下文将更详细地论述的，根据示例实施例，虚拟调度器107通过执行GBR设置算法来确定自适应的GBR值。虚拟调度器107可以基于关于网络和/或用户特定的特征的信息来执行GBR设置算法。
用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的方法和装置的概述
相对于用于在无线通信网络中处理自适应流式传输的常规方法，使每个客户端个体地适应其视频质量而不依赖于共享相同资源的其它视频用户能够导致跨越一组用户的不均匀的体验质量，所述一组用户通过经历不同的用户特定因素（诸如不同的屏幕尺寸、无线电条件、或相对于服务视频的基站的位置）的设备来观看不同复杂度的视频。如在传统系统中，利用比例公平调度器（其使用GBR值但是不知道HAS流，并且将HAS和其它流同等对待）可能不能提供针对这个问题的最优解决方案，这是因为可能仍不能以适合于在多个用户之间获得改进或最优的总质量的方式将上述的用户特定因素考虑进去。
此外，特别地，传统的资源分配方案没有考虑到：当存在由网络中的负载变化或由于信道质量所引入的快速或大量的数据速率变化时，HAS可能经历降级的内容质量。
鉴于上述，以下可能是有益的：确保跨越不同用户存在资源的公平分配将导致跨越所述用户的最大化的总体验质量，同时还确保降低或防止可能降级质量的快速或大量的数据速率变化。
可以通过考虑网络因素，如附着小区的负载（例如，竞争用户）和容量；以及用户特定因素，诸如用户的位置（例如，好的平均SINR对差的平均SINR）；服务类别（例如，高级对尽力而为（BE））；视频复杂度（低：‘头部特写’对高：动作）；屏幕尺寸/图像分辨率（例如，1024x768iPad对480x320iPhone），以在多个用户之间增加或优化总体验质量的方式来分配资源。
另外，可以以防止由数据速率变化的过多频次或量级所导致的质量降级的这种方式来分配资源。以下将相对于图1B和图2来更详细地描述用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的方法和装置。
图1B是说明网络元素151的示例结构的示意图。根据至少一个示例实施例，BS105可以具有以下所描述的网络元素151的结构和操作。参照图1B，网络元素151例如可以包含：数据总线159、传送单元152、接收单元154、存储单元156以及处理单元158。
传送单元152、接收单元154、存储单元156以及处理单元158可以使用数据总线159向另一个单元发送数据和/或接收来自另一个单元的数据。传送单元152是设备，所述设备包含用于经由一个或多个无线连接向通信网络100中的其它网络元素传送无线信号和信号强度/质量信息的硬件和任何必需软件，所述无线信号例如包含：数据信号、控制信号。
接收单元154是设备，所述设备包含用于经由一个或多个无线连接接收来自通信网络100中的其它网络元素的无线信号和信号强度/质量信息的硬件和任何必需软件，所述无线信号例如包含：数据信号、控制信号。
存储单元156可以是能够存储数据的任何设备，包含磁存储设备、闪存存储设备等。
处理单元158可以是能够处理数据的任何设备，例如包含被配置为基于输入数据执行特定操作的微处理器，或能够执行包含在计算机可读代码中的指令的任何设备。
例如，处理单元158能够实现真实调度器106的操作。例如，处理单元158能够执行对于执行比例公平（PF）调度算法所需的计算，所述比例公平（PF）调度算法根据已知方法使用GBR值来分配资源。
作为另一示例，处理单元158能够实现虚拟调度器107的操作。例如，例如，处理单元158能够执行对于执行GBR设置算法所需的计算，所述GBR设置算法产生自适应的GBR值以供由真实调度器106使用。
虽然，出于简明的目的，以上根据至少一个示例实施例仅参照BS105的实现方式描述了网络元素151的结构和操作，但是在通信网络100中的任何或所有其它BS可以具有与网络元素105相同的结构和操作。
现在，在下文中将更详细地描述根据示例实施例的由BS105的虚拟调度器107执行的保证比特率设置算法。
保证比特率设置算法的描述
假设i=1,2,...N，用户已经同意高级视频服务。将要解决的问题是确定受制于（subject to）可使用的资源的平均速率Ai，以便最大化（maximize）目标。让Qi(Ai)为针对具有速率Ai的流i所获得的质量等级。让Ωi(Ai)表示获得平均速率Ai所需要的资源部分。则将要解决的一般问题可以表示为：
其中Π是针对高级用户类别可使用的资源总量（约束是为了避免尽力而为用户类别挨饿）并且取决于同意进入高级用户类别的用户的数量。值和是针对用户i的最小和最大平均速率并且可能因为以下而产生这些限制：
a.在“清单（manifest）”文件中指定的HAS编解码器设置中的标称速率限制；和/或
b.质量饱和。
质量饱和可以指数据速率值范围，在该范围外的数据速率值没有进一步的益处与该速率值相关联。例如，最小数据速率Amin值可以表示数据速率，低于所述数据速率，则对应的质量等级的内容对由用户正常体验的内容来说是不足够高的。因此，提供此类速率是没有益处的。此外，最大数据速率Amax可以表示对应于最大质量等级的内容的数据速率。因此，提供高于Amax的数据速率没有益处，因为用户将不会体验到另外的质量改进。因此，在平均速率的范围之外，以上所描述的质量等级可以被近似地建模为‘平坦线’质量函数。例如，下面的简单的逐段线性模型可以用于质量函数：
影响速率-至-质量映射的用户相关的内容参数例如取决于正在观看的场景/剪辑的视频复杂度，以及对于给定的原始图像分辨率，正在使用中的屏幕尺寸/分辨率。作为示例，可以假设动作密集场景要求两倍于如针对类似感知质量的“头部特写”的各种新闻剪辑那么大的标称数据速率。遵循这个示例，观看新闻剪辑的用户i和看体育动作的用户j，
表达式（1）表示根据示例实施例的由GBR设置算法使用的目标函数的一般形式。根据示例实施例，能够由若干特定函数中的任何函数来实现表达式（1）。现在将论述目标函数的两个示例。
首先，将根据一些逻辑规则来论述一个版本的目标函数，对于这个目标函数，目标是增加或最大化总质量，所述目标函数可以表示为：
其中，如果则Qi=m，是与HAS内容相关联的清单文件中的第m个速率，是从用户i接收到的信道质量信息（CQI）的平均值，以及是整个扇区的此类CQI报告的平均值。
其次，将根据一些逻辑规则来论述一个版本的目标函数，针对这个目标函数，目标是增加程度，在这种程度上为所有用户i提供相等的资源，所述目标函数可以表示为：
参照由表达式（4）所表示的目标函数的版本，给定以上参照先前论述的表达式（2）论述的逐段线性速率-至-质量函数，解决目标函数的过程例如可以表示为：
如在特定实施例部分中描述的，可以迭代地解出以上优化。
根据示例实施例，在以上参照表达式（5）论述的样式中所获得的针对用户i的最优值Ai可以用于设置由真实调度器106相对于用户i所使用的GBR。例如，受制于其中是针对用户或承载所协商的基础GBR值，并且例如从API获得的。BS105可以使用已知的方法来获得基础GBR。BS105可以基于在BS105处所接收到的信令消息来获得与特定用户或承载i相关联的基础GBR，所述信令消息包含：引用用户或承载i的服务质量（QoS）类别标识符（QCI）或其它信令消息字段。
（在后面所描述的虚拟调度方法中的）步长或增量的资源应当足够小，使得自适应的GBR响应足够慢以滤除尖输入（例如，竞争流（多个），高级或BE，快速打开和关闭）以及足够快以适应更长期的变化。还可存在输入变化的窗口，其可以使得自适应的GBR响应显著地振荡足以对QoE产生不利影响。因此，根据至少一些示例实施例，为了在面对网络100中的负载变化情况下提供使质量中的变化减少，可以实施最大比特率（MBR）。但是设置MBR=GBR可能有太多的约束。可替代地，可以通过设置MBR使得MBRi>=GBRi确保来采取更松弛的方法，其中例如可以从AE API来获得根据示例实施例，可以基于将特定高级用户观察到速率变化映射到计算平均意见评分（MOS）的公式所导出的质量分数来调节MBRi。通过在调度器中本地地节流分组流（因为MBR是自适应的）（以高级HAS视频应用特定的方式）来实现MBR可能是希望的。例如，开始时可以将MBR设置为最高可能的值并且取决于所观测到的下载速率水平的变化来进行适应。
应当注意的是，如果应用指定GBR（由表示）和MBR（由表示），则这将通过确保表达式（6）被考虑到
以上算法需要考虑由调度器防止取得GBR值设置所施加的任何帽（cap）。一种指示，诸如可以通过不再增加此类用户的GBR来考虑这种指示。
根据上面概述的一般方法的至少一个示例实施例，我们假设对于所有的i，Ωi(A)=ωiA。也就是说，达到平均速率所需要的资源的数量与速率成线性，具有由用户几何所给出的比例因子。特别地，我们将调用针对高斯白噪声（AWGN）信道的理想的香农容量，ωi=[log2(1+SINRi)]-1。然后可以使用下文所论述的两个在线的优化方法中的一个优化方法来解出一般优化问题。
虚拟调度方法I
在这个方法中，虚拟调度器107在每个步骤中更新速率Ai，就好像正在执行的实际调度类似于如由真实调度器106实现的比例公平调度器。基于由虚拟调度器107生成的值Ai，基于速率Ai在虚拟调度器中如何演变来周期地更新用于真实调度器106的GBR值。根据至少一个示例实施例，相对于由标准调度器所使用的调度算法，由虚拟调度器107所使用的针对虚拟调度算法的一种修改是虚拟调度器107考虑了在资源上的约束。例如，可以通过在每个隙中将资源分配给具有最大正值的用户I，并且因此更新所述用户I的Ai值，来考虑在资源上的约束：
其中根据表达式（8）更新R
项R是相对于标准调度的附加项，根据至少一个示例实施例其可用于在资源上实施累积帽。根据标准调度算法可以实施速率值Amin和Amax。
可以根据在每个时间段中Ai值如何变化来设置新的GBR值。
虽然以上根据至少一个示例实施例如使用项R以帮助在资源上实施累积帽来论述了虚拟调度方法I，但是如果在资源上所要求的帽不是累积的而是隙到隙的，则可能不需要R项和以上在表达式（8）中示出的更新。需要注意的是，可以使用以上由表达式（8）所表示的更新，使得平均地而不是立即应用总资源的约束。在（给定的一组用户的）静态信道中，施加累积帽的此类灵活性可能不能得到任何增益。在用户到达和离开和/或由于用户的移动性在时间上SNR变化较慢的情况下，累积帽方法可能导致自适应GBR的不同设置。
现在，将参照示例更详细地描述虚拟调度方法I，在所述示例中以上参照表达式（4）和表达式（5）来解释的目标函数将被应用于表达式（7）。此外，出于简明的目的，将参照不使用附加项R（以上参照表达式（8）论述过R）的情况来论述以下所论述的示例。
让在隙索引n的所有的高级视频（自适应GBR）用户的集合为N（n）的大小考虑资源的原子单位：将分配的虚拟时隙被建模为流体的液滴，所述流体的总体积是约束的。可以依照以下局部算法基于信道条件基于质量的速率限制（Ai min,Ai max）和资源约束Π(N(n))来计算自适应GBR A i(n)：
其中，值α表示公平性标准。当标准α=1时，局部算法（9）中的方程式表示以上参照表达式（4）和表达式（5）至表达式（7）提及的对数效用函数的特定情况的应用。以下将参照局部算法（14）和（15）更详细地论述被剪裁为这种特定情况的“更快的”第二虚拟调度算法。
例如，通过下式给出权重：
Wi(n)=min(Yi(n),max(Xi(n),1.0))
其中，是当初始化用户i的会话时的时隙索引，以及nmax是在权重上施加的最大限度的合适的大常数。对于nmax的示例值是100。值γ表示比例因子或时间因子，其可被调整以放大或减小速率，在这个速率Ai变化。例如，如果nmax=100，则对于γ的可取值将是0.1。通常，对于γ更大值对应于Ai中更快的变化，而更小的γ值对应于Ai中更慢的变化。
使用上述的局部算法（9），可以针对每个时隙n来更新自适应的GBR，如下：
其中，i*表示在特定时间间隔n期间获得相对于以上参照局部算法（9）论述的表达式的最大值的用户和承载，以及i表示在时隙n期间没有被选择的用户。此外，值η表示适当的遗忘因子（0<η<1）（如在已知的1xEVDO PF调度器的IIR滤波器中使用的），其基本上表示在先前的时间段上的平均间隔，其中用户的快速衰落的平均SNR基本上是常数，例如1秒或2秒。η的典型值例如可以是0.999，其表示大约1000个隙每个隙的1ms持续时间作为平均时间。
以上参照表达式（11）描述的自适应GBR更新过程涉及因子，该因子确保单个隙/块的资源表示可使用符号Π(N(n))的最大值，即在每个调度时刻资源约束被当作峰值带宽约束。
相对于向真实调度器106提供自适应GBR值Ai以供在分配资源中使用，为了防止在由真实调度器106使用的GBR值中的过多的频繁变化，可以以交错的方式从虚拟调度器107向真实调度器106提供自适应GBRAi。例如，可以依照局部算法（9）的剩余步骤向真实调度器106提供自适应GBR值Ai，所述局部算法（9）的剩余步骤可以表示为如下：
值staggeri可以表示在范围[0,NumVirtualSlotsBlocks-1]中选择的用户特定的时间索引移位。值NumVirtualSlotsBlocks可以表示顺序地可用于虚拟调度器以用于计算“收敛的”自适应GBR的资源元素的数量。例如，NumVirtualSlotsBlocks可以表示在真实调度器中每次更新GBR时的虚拟调度器迭代的次数。针对NumVirtualSlotsBlocks的典型值可以是2000个隙。因此，根据以上参照局部算法（9）和（12）解释的算法，可以仅每隔2000个隙由虚拟调度器107向真实调度器106提供自适应GBR值Ai。
虚拟调度方法II：
现在，将论述可替代的更简单的虚拟调度器方法，其利用“结构”，该“结构”特定于优选最少当前分配或者最低限度不公平约束分配的对数效用函数-无约束公平分配。在资源分配是增量的意义上，这个方法类似于上述的虚拟调度方法I，但是还利用了（受制于GBR和MBR边界条件的）均等分配是最优的这一事实。当增量地分配资源时，虚拟调度方法I不考虑这个特定属性，而是让目标驱动它，因此预期包含更多的计算和时间来收敛。
在AWGN信道上的第一虚拟PF调度器（α=1），信道频谱效率（SE），吞吐量Ai(n)=fi(n)log2(1+SINRi(n))，其中fi(n)是目前为止分配给i的符号的平均数量；在分子和分母中的SE项在那里抵消掉，以权重Wi(n)为模，我们正向具有最小分配的用户分配增量的资源。然而，当对照于以下的新方案（在每个步骤中，该新方案（基于状态和）知道哪个用户或承载i没有过分配或欠分配），找到Wi(n)的过程（由值速率和的误差驱动）不那么直接并且将较慢的收敛。
在虚拟调度方法II中，可替代地，基于信道条件基于质量的速率限制（Ai min,Ai max）和资源约束Π(N(n))来计算自适应GBR Ai(n)，如下：
使用上述局部算法（13），可以针对每个时隙n来更新自适应GBR，如下：
其中，i*表示在特定时间间隔n期间针对资源分配所选择的用户和承载，以及i表示在时隙n期间没有选择的用户。此外，值η表示适当的遗忘因子（0<η<1），如在已知的1xEVDO PF调度器的IIR滤波器中使用的，基本上表示在先前的时间段上的平均间隔，其中用户i的快速衰落的平均SNR基本上是常数，例如1秒或2秒。选择η=(1-1/n)仅可适用于严格平稳的情况。
相对于向真实调度器106提供自适应GBR值Ai以供在分配资源中使用，为了防止在由真实调度器106使用的GBR值中的过多的频繁变化，可以以交错的方式从虚拟调度器107向真实调度器106提供自适应GBRAi。例如，可以依照局部算法（13）的剩余步骤向真实调度器106提供自适应GBR值Ai，其可以表示为如下：
如以上参照由局部算法（9）和（12）所表示的算法所论述的，值staggeri可以表示在范围[0,NumVirtualSlotsBlocks-1]中选择的用户特定的时间索引移位。值NumVirtualSlotsBlocks可以表示顺序地可用于虚拟调度器以用于计算“收敛的”自适应GBR的资源元素的数量。例如，NumVirtualSlotsBlocks可以表示在真实调度器中每次更新GBR时的虚拟调度器迭代的次数。针对NumVirtualSlotsBlocks的典型值可以是2000个隙。因此，根据以上参照局部算法（13）和（15）解释的算法，可以仅每隔2000个隙由虚拟调度器107向真实调度器106提供自适应GBR值Ai。
量化虚拟调度器的输出
为了避免用户速率（以及由用户体验的质量）的突变，根据示例实施例，可以将负载变化的效果缓冲（cushioned）成用户到达和离开。例如，对于依赖于由虚拟调度器107针对每个用户或承载i生成的自适应GBR Ai的每个用户，可以量化虚拟调度器107的输出，使得只有通过步长的上下移动才发生由真实调度器106当前使用的GBR中的变化，或根本不改变。
给定Ai(k)，在更新用户i的GBR的某些适当的时间索引k，由虚拟调度器107生成的自适应GBR，让为由真实调度器106使用的针对用户i的刚在更新之前的对应的GBR。则GBR的分量（component-wise）更新可以由下式给出：
其中
此外，对于的情况，由真实调度器106使用的GBR可以进一步定义如下：
如果Ai=Amin，则Ai actual=Amin
（18）
如果Ai=Amax，则Ai actual=Amax
（19）
步长是三值函数，其值是基于真实GBR的当前值以及它是否达不到/超过/保持在Ai(k)的小范围内来确定。因此，如以上参照表达式（16）-（19）所描述的，根据至少一个示例实施例，由真实调度器106使用的由虚拟调度器107提供的当前的自适应GBR值将被量化为相对于由真实调度器106使用的先前的真实GBR值的50%减少，50%增加或0变化中的一个。因此，可以避免用户速率和/或由用户体验的质量的突变。
用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的示例方法
图2是说明用于与自适应流式传输一起使用的改进资源分配的方法的流程图。
下文将参照示例来论述图2中所说明的方法，在所述示例中，第一至第四移动设备110-125当前正在使用HAS以通过在第一至第四移动设备110-125和BS105之间连接的多个承载（承载1-4）来流式传输可变速率的视频内容。此外，在以下的示例中，虚拟调度器107正在根据以上参照表达式（7）-（12）论述的虚拟调度方法I来实现GBR设置。虽然，虚拟调度方法I被用作示例，但是根据示例实施例，虚拟调度器107可以基于能够提供速率Ai使得例如以以上相对于表达式（1）所论述的方式来提高或优化针对多个GBR用户i的总质量值Qi的任何算法来实现GBR设置算法。例如，虚拟调度器107可以基于以上参照表达式（13）-（15）论述的虚拟调度方法II来实现GBR设置算法。
此外，根据至少一个示例实施例，如由BS执行的在图2中说明的或相对于图2描述的操作中的每个操作例如可以由具有如在图1B中说明的网络元素151的结构的一个或多个BS来执行。例如，存储单元156可以存储对应于以下参照图2描述的操作中的每个操作的可执行指令。此外，处理单元158可以被配置为执行以下相对于图2所描述的操作中的每个操作。此外，根据至少一个示例实施例，传送的数据和/或控制信号可以通过传送单元152来传送，接收的数据和/或控制信号可以通过接收单元154来接收。
参照图2，在步骤S210，BS105接收对应于第一至第四移动设备110-125中的每个移动设备的特征信息。特征信息例如可以包含：针对第一至第四移动设备110-125的每个对应的承载的QCI信息。可以通过已知的方法将QCI信息传递给BS105。此外，第一至第四移动设备110-125中的每个移动设备中的每个移动设备的特征信息可以包含以下相关信息：移动设备的位置/信号质量（例如，好的平均SINR对差的平均SINR）；移动设备的服务类别（例如，高级对尽力而为（BE））；与移动设备相关联的内容的复杂度（例如，针对视频内容，低：‘头部特写’视频对高：动作视频）；以及移动设备的屏幕尺寸/图像分辨率（例如，1024x768智能电话对480x320平板设备）。例如，可以借助于SGW101将特征信息提供给BS105。
例如，可以依照在代理人案号为29250-002566/US，序号为13/253,393，在2011年10月5日在美国专利商标局提交的C.Kahn,H.Viswanathan，M.Clougherty和Andre Beck的METHOD AND SYSTEM FOR RATE ADAPTIVE ALLOCATION OF RESOURCES中所描述的示例系统和方法向BS105提供特征信息，通过引用将其全部内容包含于此。
BS105可以使用特征信息以生成用于第一至第四移动设备110-125的每个对应的承载的质量映射信息。质量映射信息可以具有以上参照表达式（2）所描述的类型。质量映射信息可以定义针对承载1-4中的每个承载的质量-至-速率的关系以及恒定值。使用第一移动设备110和BS105之间的承载1作为示例，质量映射信息可以定义针对承载1的质量值Q1和速率A1之间的质量-至-速率的关系；质量映射信息可以定义针对承载1的恒定值，所述恒定值包含：c1和最大速率值A1 max和最小速率值A1 min。
在步骤S220，BS105通过在虚拟调度器107处运行GBR设置算法来生成自适应的GBR值。例如，在每个时隙n，虚拟调度器107可以通过依照表达式（11）来更新自适应的GBR Ai（其中i=1,2,3,4）来实现以上参照局部算法（9）和（12）所描述的算法。
在步骤S230，将自适应的GBR值从虚拟调度器107提供给真实调度器106。例如，如以上参照局部算法（12）所描述的，在每个隙集合等于值NumVirtualSlotsBlocks（其例如可以是2000个隙）后，可以向真实调度器106提供由虚拟调度器107生成的自适应的GBR A1，A2，A3和A4（对应于第一至第四移动单元110-125的承载1,2,3和4）。此外，依照至少一个示例实施例，在向真实调度器106提供自适应的GBR A1，A2，A3和A4之前，虚拟调度器107可以以以上参照表达式（16）和（17）所论述的方式来量化自适应的GBR A1，A2，A3和A4。
在步骤S240，BS105可以通过在真实调度器106处运行PF调度算法来向多个承载1-4分配资源，其中PF算法使用在步骤S230中由虚拟调度器107提供的自适应GBR值作为针对承载1-4的GBR值。
一旦已经向多个承载1-4分配了资源，则可以依照分配的资源经由承载1-4向第一至第四移动设备110-125传送数据。
根据示例实施例，可以向多个用户分配资源，所述多个用户包含执行使用HAS流的应用的用户。在面对来自其它用户为了保证视频质量稳定针对资源的竞争情况下，可以保证比特率。此外，可以通过传递的比特率的慢适应来降低由于由诸如用户进入或离开系统的事件所导致的网络中的负载变化的所导致的质量中的变化。此外，如果可以获得质量指示符，则能够优化跨越不同用户的总质量。另外，根据至少一个示例实施例，可以实现均等资源分配。
如此描述了示例实施例，显而易见的是，实施例可按多种方式加以变化。这样的变化不应被认为是背离了示例实施例，并且所有此类修改旨在被包含在示例实施例的范围内。
Claims (10)
1.一种分配资源的方法，所述资源用于从通信网络(100)中的网络元素(105)向一个或多个移动设备(110-125)传送内容，所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备都与所述网络元素(105)通信，所述方法包括：
在所述网络元素(105)处，接收对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的特征信息；
在所述网络元素(105)处，分别生成对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率(AGBR)值，所述AGBR值是针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的基于所述对应的特征信息所生成的GBR值；
在所述网络元素(105)处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法；以及
基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备(110-125)分配资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一调度算法是比例公平(PF)调度算法。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备，所述对应的特征信息包含指示下列中的至少一个的信息：所述移动设备的下行链路的信号质量、与所述移动设备相关联的屏幕尺寸、所述移动设备的屏幕分辨率、与所述移动设备相关联的订户类别、以及正在从所述网络元素(105)向所述移动设备传送的所述内容的复杂度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述一个或多个AGBR值包含在所述网络元素(105)处通过下列操作来执行虚拟调度算法：
针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备，确定质量映射，所述质量映射映射向所述移动设备传送所述内容的速率和向所述移动设备传送的所述内容所产生的质量之间的关系，基于对应于所述移动设备的所述特征信息来确定所述质量映射，
基于一个或多个质量映射生成所述一个或多个AGBR值，以及
输出所生成的一个或多个AGBR值以供所述第一调度算法使用。
5.根据权利要求4所述的方法，其中执行所述虚拟调度算法还包含：生成针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的所述AGBR值，使得优化目标函数的输出，所述目标函数表示分别向所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备传送的所述内容的总质量。
6.一种网络装置(105)，其被配置为分配资源，所述资源用于从所述网络装置(105)向一个或多个移动设备(110-125)传送内容，所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备都与所述网络装置(105)通信，所述装置包括：
接收单元(154)，其被配置为接收数据；
传送单元(152)，其被配置为传送数据；
存储单元(156)，其被配置为存储与所述一个或多个移动设备的特征对应的参数；以及
处理单元(158)，其耦合到所述传送单元、所述接收单元以及所述存储单元，并且被配置为控制与向所述一个或多个移动设备分配资源相关联的操作，所述操作包含，
在所述网络装置(105)处，接收对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的特征信息，
在所述网络装置(105)处，分别生成对应于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的一个或多个自适应的保证比特率(AGBR)值，所述AGBR值是针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的基于所述对应的特征信息所生成的GBR值，
在所述网络装置(105)处，基于所述一个或多个AGBR值来执行第一调度算法，以及
基于所述调度算法的输出向所述一个或多个移动设备(110-125)分配资源。
7.根据权利要求6所述的网络装置(105)，其中所述第一调度算法是比例公平(PF)调度算法。
8.根据权利要求6所述的网络装置(105)，其中，对于所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备，所述对应的特征信息包含指示下列中的至少一个的信息：所述移动设备的下行链路的信号质量、与所述移动设备相关联的屏幕尺寸、所述移动设备的屏幕分辨率、与所述移动设备相关联的订户类别、以及正在从所述网络装置(105)向所述移动设备传送的所述内容的复杂度。
9.根据权利要求6所述的网络装置，其中所述处理单元(158)被配置为使得生成所述一个或多个AGBR值包含在所述网络装置(105)处通过下列操作来执行虚拟调度算法：
针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备，确定质量映射，所述质量映射映射向所述移动设备传送所述内容的速率和向所述移动设备传送的所述内容所产生的质量之间的关系，基于对应于所述移动设备的所述特征信息来确定所述质量映射，
基于一个或多个质量映射生成所述一个或多个AGBR值，以及
输出所生成的一个或多个AGBR值以供所述第一调度算法使用。
10.根据权利要求9所述的网络装置，其中所述处理单元(158)被配置为使得执行所述虚拟调度算法还包含：生成针对所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备的所述AGBR值，使得优化目标函数的输出，所述目标函数表示分别向所述一个或多个移动设备(110-125)中的每个移动设备传送的所述内容的总质量。
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