CN106134130B - 用于实时视频流量的动态有效速率估计的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于多个视频流的有效速率估计的方法，包括确定第一传输窗口中多个视频流中的每个视频流的第一流速，以及接收对于第一传输窗口中播放部分多个视频流的体验质量(QoE)反馈。从接收多个视频流的多个用户设备(UE)接收QoE反馈。根据至少多个视频流的第一流速和QoE反馈，为第二传输窗口中多个视频流中的每个流估计动态有效流速。

Description

用于实时视频流量的动态有效速率估计的系统和方法
本申请要求于2014年3月14日提交的申请号为61/953,075、名称为“用于实时视频流量的动态有效速率估计的系统和方法”的美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及用于动态有效速率估计的系统和方法，并且在具体实施例中涉及用于实时视频流量的动态有效速率估计的系统和方法。
背景技术
由于视频编码方法论，诸如视频会议的实时视频流量通常呈现了高峰均(highpeak-to-mean，P2M)速率比。在视频编码器中，以图像组(group-of picture，GoP)结构编码图像帧。每个GoP由I-帧(独立编码帧)、P-帧(预测编码帧)和可能的B-帧(双向预测帧)组成。I-帧通常具有比P/B帧更大的尺寸，并且可以是多达六倍大小。因此，由于在不同时间传输I-帧和P/B帧，所以实时视频流的瞬时比特率具有高P2M比。
在将视频流传送到不同节点期间，典型地经由网络节点之间的同一组信道发射多个视频流。当经由同一组信道发射大量的视频流时，多个I-帧不大可能彼此对齐。因此，聚合的视频流典型地具有相比于任何单独流较低的P2M比。应该理解的是，在无线网络的情况下，在相同的无线链路上承载多个视频是不常见的，尤其是在诸如基站的发射点(TP)和诸如用户设备(UE)的无线终端之间的无线链路上。如果为提供峰传输速率而给UE流量分配用于视频流的充足容量，则无线链路将具有未使用的容量，因为已经为I-帧的传输分配了充足的容量，而在较小帧的传输期间许多分配的容量将是未使用的。因此，由于视频流量聚合的规划效益，有线网络中处理视频流量流的管理的许多问题还没有被解决。
发明内容
用于多个视频流的有效流速估计的一方法实施例包括，确定第一传输窗口中多个视频流中的每个视频流的第一流速，以及接收对于第一传输窗口中播放部分多个视频流的体验质量(QoE)反馈。从接收多个视频流的多个用户设备(UE)接收QoE反馈。根据至少多个视频流的第一流速和QoE反馈为第二传输窗口中多个视频流中的每个流估计动态有效流速。
用于功率控制的一方法实施例包括，确定第一传输窗口的与网络中的无线电节点的流量流相关联的数据速率，并且根据至少来自用户设备(UE)的体验质量(QoE)反馈，估计第二传输窗口的每个流量流的动态有效流速，其中所述UE与无线电节点连接并且接收流量流。根据估计的流量流的动态有效流速，为每个无线电节点设置使无线电节点的总和吞吐量最大化的传输功率电平。
一方法实施例包括，网络组件从多个用户设备UE接收对于第一传输窗口的体验质量QoE反馈，其中QoE反馈与多个无线电节点和所述UE之间的流量流相关联。对于每个流量流，基于QoE反馈估计第二传输窗口中各自流量流的动态有效流速。多个无线电节点中的每个无线电节点在第二传输窗口中使用估计的动态有效流速传输流量流。
用于视频流的传输的有效流速估计的一方法实施例包括，确定与第一传输窗口中传输视频流相关联的流速，以及从接收视频流的用户设备(UE)接收体验质量(QoE)反馈。QoE反馈与质量因子相关，所述质量因子与第一传输窗口期间的部分视频流的回放相关联。根据确定的流速和接收的QoE反馈为第二传输窗口中的视频流估计动态有效流速。
一网络组件实施例包括，处理器和与处理器连接的非暂态计算机可读介质。非暂态计算机可读介质具有在其上存储的指令，当通过处理器执行该指令时，使得网络组件确定第一传输窗口中多个视频流中的每个视频流的第一流速并且接收与第一传输窗口中部分多个视频流的回放相关联的体验质量(QoE)反馈。从接收多个视频流的多个用户设备(UE)接收QoE反馈。非暂态计算机可读介质进一步具有在其上存储的指令，当通过处理器执行该指令时，使得网络组件根据至少多个视频流的第一流速和QoE反馈估计对于第二传输窗口中多个视频流中的每个流的动态有效流速。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现参考如下结合附图的描述，其中：
图1示出了根据一实施例的与视频流的数量呈函数关系的有效速率；
图2为示出了具有多个输入视频流的单个无线电节点的模型的逻辑图；
图3为示出了根据一实施例的用于使用有效速率估计来实施功率控制方法的系统的框图；
图4为示出了根据一些实施例的用于使用动态估计的流速来确定视频流速和传输功率控制的方法的流程图；
图5为示出了根据一些实施例的用于动态估计流速的方法的流程图；
图6为示出了根据一些实施例的用于控制节点传输功率的方法的流程图；
图7示出了仿真结果，该仿真结果显示了根据一些实施例的具有固定的和动态的有效速率估计的功率控制算法的有效性；以及
图8为示出了根据一实施例的可用于实施例如本文所述的设备和方法的计算平台的逻辑图。
具体实施方式
下面详细讨论目前优选实施例的实现和使用。然而，应理解，本发明提供了可以体现在多种特定环境中的许多可应用的发明构思。所讨论的特定实施例仅为说明实现和使用本发明的特定方式，并不限制本发明的范围。
最初，节点所使用的有效带宽是用于满足数据和/或视频流的特定服务质量(QoS)或体验质量(QoE)的容量。存在许多定义QoE的方法。QoE的一个可能的定义为中断时间(用户显示的冷冻时间)，例如中断时间小于5％。图1显示了图表100，其提供了节点的有效速率与实时视频流的数量呈函数关系的示例，其中每个视频流具有0.5Mbps的标称平均速率。曲线显示了N个用户(x轴)同时观看视频流(video stream)所需的固定容量链路的有效平均速率(y轴)。假设每个用户正在观看视频的不同随机部分。以缓冲模式(电影1曲线和电影2曲线)和实时流模式(电影1-实时曲线和电影2-实时曲线)测试放映电影的两个视频流。将这两个视频传送给用户，并且用户缓冲达到10秒(建模为有因果关系的非实时视频观看)且缓冲最多达到100毫秒(建模为实时会话视频)。曲线示出了通过相同管道的用户越多，每个人单独需要的资源越少，因为当需要资源时用户可以反复分享资源。
具体来说，对于实时流量这种益处是较大的。基本上，不同的单个视频流可以具有不同的P2M比，而由若干视频流归一化的多路复用视频流，则随着流的数量的增加具有单调递减的P2M比。不过，具有相同平均速率的多路复用视频流的结合P2M仍然大于单个流的平均速率。
为了提供满意的QoS，流量工程节点指示路由器以及其他的网络控制点提供较高带宽以提供视频流的峰值速率。然而，这种方法未必与无线网络兼容。有线和无线节点之间的关键不同在于无线用户的信道容量由于包括时变衰落信道和同信道干扰的若干因素而随着时间改变。使用来自用户设备的QoE报告能够表征用户的真实体验，而不是试图从信道状态信息推断视频性能。
通过使用每个UE处的QoE和从节点发射到UE的真实速率可以确定通过具体节点传输的有效速率。传输的有效速率用来确定通信网络中每个无线节点的总传输吞吐量。在方法实施例中，动态估计并调节通过无线网络的无线电节点的实时视频流的有效速率。
此外，有效速率可以用于确定是否允许新的视频流通过具体节点。流量工程还可以使用无线节点处的有效速率进行路径选择和资源分配。在无线电协调的场景中，特别是对多个无线电节点的功率控制的情况下，有效速率是用于确定或调节无线电节点的传输参数的输入。
网络节点的多路复用实时视频流的有效速率是由网络节点提供的、以比特每秒(bps)为单位的带宽，以便将若干实时视频流转发到多个用户设备，从而使预定义百分比的流具有满意的QoE性能。
在常规的有线网络中，有线节点的带宽随着时间是稳定的。因此，假设视频流的一些特定的统计分布(比特率的均值和方差)以及视频编码GoP结构(例如，I帧的频率)，可以粗略地估计多个流的有效速率。在以下给出的等式1中给出了有效速率计算的一个示例。
其中σ和N分别是比特率和用户的变量。
然而，在无线网络中，用户的无线信道的信道容量是不同的，并且每个用户的信道是变化的。由于每个用户的信道的有效信道容量是变化的，一个无线电节点的所有无线信道的、用于满足实时视频流的QoE的总所需带宽是时变的。在无线网络中，用户的信道容量的改变引起了所需带宽的改变。进一步地，用户可以观看具有不同比特率、不同编码或不同视频参数的电影。
已经确定，使用来自用户的QoE/QoS反馈来估计多个实时视频流的动态有效速率的方法实施例能够考虑到变化的无线连接条件。可以在视频通信中使用QoE/QoS反馈，以利用来自用户的实际感知的QoE/QoS来提高用户感知的QoE。在一实施例中，视频内容出错或由于不充足的数据流而导致的滞后、缓存或以其他方式停止的时间通过用户设备处的组件来捕捉。中断被报告回网络控制器，并使用该中断来调节向该具体用户设备的视频数据的流速。在一些实施例中，多个视频内容分别具有各自的报告的中断统计，从而可以单独调节向该用户设备发射的不同流的流速。此外，已经确定，为多个实时视频流估计流的有效速率和有效带宽，提供了无线通信系统中可用发射功率的有效使用，并同时提供了对于所有用户的最优的实时视频质量。
图2为示出了根据一实施例的多个实时视频流206A…206C的有效流速的逻辑图。在图2中，示出了具有多个输入流206A…206C的无限缓冲区的单个无线电节点202和多路复用流有效速率204的模型。假设该无限缓冲区使得无线电节点202不丢数据包。仅无线电节点202处的数据包延迟会导致实时视频流的QoE/QoS的衰退。因此，在有效流速Re的计算期间，忽略硬件限制的效果，并且在一些实施例中，在通信网络的有线侧上的工程流量中管理该硬件限制的效果。
图3为示出了根据一实施例的用于使用估计的有效速率来实施功率控制方法的系统300的框图。系统300包括与一个或多个无线电节点314通信的网络控制器302。在一些实施例中，网络控制器302是用于电信网络的控制器，诸如用于长期演进技术(LTE)电信标准的演进分组核心(EPC)系统。网络控制器302例如被设置在例如移动管理实体(MME)或服务网关(S-GW)中，并且其协调多个无线电节点314的无线电资源。在一些实施例中，网络控制器302具有遍及多个硬件器件设置的模块，利用这些模块通信来协调流量管理、无线电调度以及传输功率协调。
网络控制器302包括发射功率优化器304和流量工程模块308。发射功率优化器304操纵每个无线电节点314的每个通信流的发射功率的确定，并且协调无线电节点314的功率分配。发射功率优化器304从流量工程模块308接收流量数据信息作为输入。流量工程模块308将有关哪一个流量流将去到哪一个无线电节点314以及流量流的先前窗口中的测量速率和分配的数据速率传递给发射功率优化器304。
发射功率优化器304具有无线电调度提取器(radio schedulerabstractor)306以及动态有效速率估计器310。在一些实施例中，无线电调度提取器306和动态有效速率估计器310可以是安装在网络控制器302中的作为部分发射功率优化器304的分开的软件模块，或连接到网络控制器作为部分物理层控制器、底板等的硬件模块，或硬件模块和软件模块的组合。在其他的实施例中，无线电调度提取器306和动态有效速率估计器310可以分布于多个硬件器件，诸如无线电节点314、网络控制器、MMR、S-GW等。例如，使用多个MMR控制多个无线电节点314的网络控制器302，可以具有部署在每个MMR上、用于向中央发射功率优化器304上报无线电调度的无线电调度提取器306。这种系统还可以具有在多个无线电节点314中、在中央无线电控制器单元中或在MMR或S-GW中部署的动态有效速率估计器310。动态有效速率估计器310可以估计发射到相关硬件的视频流的有效速率，并且可以将流速报告给中央发射功率优化器304。
无线电调度提取器306为无线电节点314提供数据包调度的提取。例如，无线电调度提取器306可以设置在网络控制器302中，并且可以是比例公平(PF)调度器或数据包延迟感知调度器。无线电调度提取器306可以是例如与无线电调度器通信的软件组件或硬件组件，并且其将数据提供给发射功率优化器304用于调谐通过无线电节点314的各流的带宽和发射功率。一实施例中，使用最大速率调度器作为无线电节点调度器的提取。最大速率调度器根据用户的信道质量为用户排序，并且调度具有较好信道质量的用户直到不存在可用带宽为止。
在一些实施例中，无线节点314是演进UMTS陆地无线接入(E-UTRAN)节点B器件(eNB)，或提供与UE316的无线链路的另一设备，并且在其他的实施例中，无线电节点314是其他类型的无线通信节点。无线电节点314具有动态调节功率、带宽和/或影响从无线电节点314到UE316的通信的其他无线电参数的能力。UE316将QoE信息提供给网络控制器302处的QoE管理服务器312，该QoE管理服务器312在动态有效速率估计器310中使用QoE信息来调节和估计连续传输窗口中的每个流的有效流速。在一些实施例中，每个UE 316通过UE 316上部署的软件组件收集QoE信息。例如，每个UE 316上的视频播放器可以具有收集QoE的能力，并且可以检测视频缓冲区欠载何时出现，这表示视频播放器已经播放了所有可用的数据并且正在等待附加的视频数据。因为播放器以比接收视频数据更快的速率显示视频数据，这种缓冲区欠载为用户显示了滞后的或停止的或错误显示的视频。视频播放器可以确定在预定周期中视频播放出错或不可用或显示了错误解码的图像帧所占的时间的百分比，并且报告该百分比作为QoE数据。
图4为示出了根据一些实施例的用于使用动态估计的有效流速来确定视频流速以及传输功率控制的方法400的流程图。方法400示出了与动态估计的有效流速的方法一起使用的传输功率控制方法的实施例。在一些实施例中，第一传输窗口的第一测量流速或标称平均流速用于估计第二、随后传输窗口的第二有效流速。在框402中，为第二传输窗口确定每个节点314处的每个流的有效流速。当在第一传输窗口中发射数据之后，通过基于前一窗口中测量的或标称平均流速动态地估计有效流速、从而确定下一传输窗口的有效流速。动态估计的有效流速是该方法所确定的、应分配给视频流以在UE316处达到所需QoE的速率。
在一些实施例中，通过利用来自第一传输窗口的测量流速来计算第二或下一传输窗口的第二有效流速，从而估计第二传输窗口的有效流速。在其他的实施例中，利用通过节点组、网络等中的节点的流的标称平均速率来估计有效流速。在这种实施例中，第一流速可以是该流的平均流速。可以通过以下方式估计第二有效流速：响应于来自UE的QoE反馈调节第一流速，或通过调节流速以提供修改的发射功率、附加通信或添加到或从设备中去除的流，或基于影响信道或传输质量的其他因素。流速的调节可以包括调节为流分配的带宽、流的发射功率、为流分配的资源、或以上一个或多个的组合，或其他调节技术。
在框404中，确定每个无线电节点314的发射功率。来自框402的估计的流速用来确定每个无线电节点314的功率电平，该功率电平在相应无线电节点314处为最大数量的流提供所需的吞吐量。在下面详细了发射功率的确定以及流速的动态估计。虽然将流速的估计或确定以及发射功率的确定显示为分开的框或步骤，但应该理解的是，流速和发射功率可以同时地或联合地确定或优化，例如使用拉格朗日乘数法或另一技术。
在框410中，在下一或第二传输窗口中以确定的发射功率将流传输到相应UE316。在一些实施例中，该方法持续重复框402、404和410，其中使用每个流所确定的流速作为框402中流速确定的基础。
在一些实施例中，在框406中，有效流速用来调节流量管理或流量工程。可以通过将消息发送到流量工程模块308，通过报告通过节点的估计的有效流速、请求将一个或多个流重新分配到不同的设备等来完成这种调节。在一些实施例中，可以将具有与流和功率分配有关的信息的消息发送到流量工程模块308，该流量工程模块308可以基于例如无线电节点无法操纵一个或多个流所需的带宽、拒绝新的流等来将流重新路由。
在框408中，网络还可以管理准入，并且准入可以基于估计的有效流速。例如，可以在流量工程优化期间确定通过无线电节点314的所有流所需的带宽，并且该总的所需带宽可以小于无线节点314的带宽容量。在这种情况下，无线电节点314或发射功率优化器304可以接收新视频流的准入请求，并且可以向流量管理模块308或另一组件(诸如MMR或S-GW)发送可接受附加流的信号。可替换地，可以通过流量工程模块308和/或发射功率优化器304跟踪额外的带宽，该发射功率优化器304可以在通过无线电节点314的连接的转移或起始阶段，发送接受新的流的信号。
图5为示出根据一些实施例的用于动态估计流速的方法500的流程图。在框502中，在当前的传输窗口中发射每个流的视频。发射可以根据先前估计的有效流速来执行，或者例如在具体视频流的首次传输中可以使用初始有效流速来执行，其中在具体视频流的首次传输时不存在关于在先传输窗口的QoE。
在框504中，跟踪、测量或以其他方式确定当前传输窗口的流速。在一些实施例中，在预定时间周期内，计算或测量在第一传输窗口中从UE 316发射的数据，而在其他的实施例中，通过直接测量传输的数据或通过其他过程，在框502的发射视频之前根据当前传输窗口的数据速率和时间周期来确定发射的数据数量。在又一实施例中，标称平均流速用来确定有效流速。在这种实施例中，视频流的平均速率可以通过例如网络控制器302、发射功率优化器304或无线电调度提取器306来跟踪，并且当用户准入到网络时可以通过应用、服务等来更新。
在动态有效速率估计时，流经无线电节点的多路复用视频流的有效速率Re(t)是时变的变量，并且是各流的动态有效速率Re，i(t)的求和：
和
Re，i(t)＝αi(t)ri(t) (3)
其中ri(t)是前一窗口中测量的流i的速率，α(t)是根据QoE/QoS反馈调节的动态测量的(D2M)速率比。调节速率比以使有效速率变化，所以单个流的动态有效速率Re，i是时变函数，其依赖于其前一值和QoE/QoS反馈信息。
可以扩展到具有不同的频谱效率Si的用户的有效带宽(BWe)：
在等式4中，是在具体的时间t处具体流i所使用的有效带宽，其通过将流的有效速率Re，i(t)除以频谱效率Si来确定。因此，节点在一具体时间的有效带宽(BWe(t))是通过具体节点的每个流所使用的带宽之和。
在框506中接收每个流的QoE信息。在实施例中，基于QoE信息完成对于每个流的有效速率的调节，该QoE信息反应了传输窗口中在UE 316处视频播放发生故障或显示了错误解码的视频帧所占据的时间量。例如，如果每x＝2秒从UE发送QoE反馈，则QoE反馈信息包括过去x秒内的中断时间。将中断时间Ot定义为传输窗口中由于漏掉视频帧而导致的视频播放器停止播放或显示了错误解码的视频帧所占据的总时间(单位为秒)。因此，可以确定具体传输窗口的中断时间Ot，并且在知道传输窗口的长度的情况下，可以确定处于中断的传输窗口的百分比，或确定中断占总传输窗口的比例。此外，可以累积QoE以确定重放期间的总中断时间。
在框508中，调节每个流的速率比。根据作为QoE的一部分而报告的上一报告周期或传输窗口内的中断时间，计算总中断比Pt(等于总中断时间和总会话时间的比)，并且如果必要则根据等式(5)和(6)的限制调节速率比αj(t)
如果Pt＜P阈值并且Ot＜0阈值，则αi(t)＝αi(t-1)-Δ (5)
如果Pt＞P阈值并且αi(t)＜αi，阈值αi，Ot＜0阈值，则αi(t)＝αi(t-1)+Δ (6)
可以预定义阈值P阈值、O阈值和αi，阈值。在一个示例中，P阈值＝0.05、o阈1值＝5秒并且αi，阈值是流i的最大D2M速率比，其被设为流的测量的P2M比。符号Δ代表速率比αi(t)的步长或改变，其可以是αi，阈值的5％。在一些实施例中，步长Δ是可变的或可以为不同的传输窗口而改变，这实现了较大的速率调谐灵活性。因此，在这种示例中，对于100秒的当前视频回放持续时间，其中UE316体验了2秒的视频回放中断，总的中断比Pt将小于0.05(中断Pt＝2秒/当前回放持续时间100＝0.02)并且Ot还将小于5秒。因此，在视频已经回放了100秒的点处，总的中断时间2秒将引起2％的总中断比，该2％的总中断比将小于5％的可接受的中断比。在这种延迟的情况下，由于QoE是可容忍的，因此根据等式(5)将速率比αi(t)从前一传输窗口的速率比减小。类似地，如果中断大于6秒，则随后Pt将大于0.05(中断Pt＝6秒/当前回放持续时间100＝0.06)。如果速率比αi(t)小于速率比阈值αi，阈值(在一些实施例中，其等于最大D2M速率比)，则由于QoE在可接受值之下，因此随后根据等式(6)将速率比αi(t)从前一窗口的速率比增大，这表明了用户正体验低于平均水平的视频回放性能。在一些实施例中，减小速率比的条件可以是在一个或多个最新测量或传输窗口中没有发生中断。
αi(t)的初始值可以是任何大于1并且小于实时视频流的统计P2M比的数字。具体来说，可以通过数据挖掘，通过使用以往体验以提出更好的初始值从而修整初始值。由于不存在应用到第一传输窗口的前一速率比，因此αi(t)的初始值可以用来调节用于第一传输窗口的流速，并且可以生成第二传输窗口的有效流速。
此外，虽然以上示例描述了通过使用固定步长Δ从前一传输窗口调节速率比而估计速率比αi(t)时，但本发明实施例不限于这种实施例。此外，还可以动态完成步长Δ的适应。在一些实施例中，当用户进入或离开网络时，根据非线性函数修改步长Δ以加速将所有用户的QoE收敛到它们的期望值。
在其他的实施例中，修改速率比αi(t)的技术还可以包括由下列示例性公式给出的比例(等式(7)所示的P)、比例积分(等式(8)所示的PI)或比例积分微分(等式(9)所示的PID)控制器：
P：αi(t)＝KP*f(Pt-Ｐ目标) (7)
其中f、g和h是简单函数，并且Kp、KI和KD是增益系数常数。应该理解的是这些控制器技术意味着说明性的示例，而不是限制性的。此外，为了获得更快的响应时间，Pt还可以以可能出现负值的方式来定义，例如可伸缩编码(SVC)等未使用的数据量。
上述规则通常确保了只要可以满足长期的QoE性能并且在最后报告周期中出现的中断是可接受的则可以将流的有效速率减少。相反地，如果用户体验了不好的QoE，则可以增大个人的动态有效速率。
在框510中，动态地确定下一或随后传输窗口中每个流的估计的有效流速Re，i(t)。在一些实施例中，通过调节诸如在框504中确定的前一测量流速或平均速率，如果必要的话通过在框508中调节的速率比αi(t)来估计有效流速Re，i(t)。在一些实施例中，如等式(3)中所示的根据前一测量速率乘以速率比αi(t)来确定有效流速Re，i(t)。之后，以在框510中确定的估计的有效流速Re，i(t)在框502中发射每个视频流的视频数据，重复该方法直至视频流终止。
速率比的调节给出了每个流的目标有效流速Re，i(t)。在一些实施例中，可以由无线电节点通过调节每个流的分配带宽而提供每个流的有效流速Re，i(t)。例如，通过调节传输带宽、修改传输参数(诸如，编码方案、调制等)来调节为每个流分配的带宽和/或资源。在其他的实施例中，可通过调节频谱效率为每个流提供有效流速Re，i(t)，其中所述频谱效率可以经由修改流的信道发射功率、编码方案或压缩方案、频率复用或其他传输参数进行调节。
图6示出了根据一些实施例的用于控制节点传输的功率的方法600的流程图。在多个用户接入相同的无线电节点314的情况下，每个用户的流速会影响其他用户的QoE。此外，诸如新用户到达/离开的流量事件会影响流的数量以及各用户的QoE。在一些实施例中，可以捕捉一个用户的数据对于其他用户的影响并且该影响可以用来调节其他用户的传输。因此，同样地还可以使用不同的K值为其他的用户更新速率比αi(t)。可以分开维护这些更新，从而当用户离开时，例如停止视频流或离开具体节点，其对于总αi(t)的增大也同时消失。例如，可以根据等式10来确定通过节点的所有流的总速率比αi(t)。
αi(t)＝αi，自身(t)+si∑j≠iαj(t) (10)
其中，调谐si值以反映资源的相互使用。最简单的解决方案使得所有的si值相同。在一些实施例中，系统使用的解决方案为拥有相似信道参数或路径损耗的用户具有较大si。这是因为拥有相似信道参数的用户之间能够更好地交替使用资源。
关于功率控制方法600，可以协调多个无线电节点314的发射功率，从而提高总网络性能。功率控制问题适用于包括实时视频流量的各种类型流量。例如，一些实施例可以包括用于快速(瞬时)功率控制的方法，其考虑了视频数据包的尺寸。然而，虽然这种方式最小化了每个无线电节点314的发射功率，但已经确定的是发射功率的波动实际上使得对相邻小区中的UE316的干扰显著地变化。这将会造成信道状态信息(CSI)反馈的准确度降低。因此，快速功率适配的实际益处可能变得无足轻重。
而且已经确定，相比于快速功率控制、最大努力流量或其他功率控制技术，使用动态有效速率进行功率控制可以具有更多的优势。在利用估计的有效流速进行功率控制的一些实施例中，缓慢地改变发射功率，从而获得了相比于快速功率控制有所提高的CSI反馈准确度。此外，快速功率控制需要频率优化，这相比于估计有效流速，在计算上的开销可能更大。而且，除了实时视频流量以外，用户还可以具有其他流量，诸如网页浏览请求、语音电话等。使用视频流的有效流速为那些相比于最大努力流量而言对QoE需求不是很严格的其他流，提供了可用的传输空间或资源。
在一些实施例中，可以通过发射功率优化器304实施功率控制方法600。功率控制方法600从可能的发射功率的集合中搜索无线电节点314的最优功率电平。对于每个功率电平和每个无线电节点314，如果一个功率电平给出了所有无线电节点314的最大总吞吐量，则选择该功率电平。功率控制方法600包括遍历每个节点314，并且对于每个节点314，遍历每个发射功率电平，以确定当节点314处于每个功率电平时由所有节点提供的吞吐量。每个节点的发射功率电平是提供对于所有无线电节点314的最大吞吐量的功率电平。在一些实施例中，考虑每个节点314的功率电平的影响，从而参考彼此计算各无线电节点314的功率电平。
在实施例中，在框602中，选择节点ni，其中ni＝1到N。对于每个节点ni执行框604到框618以确定节点的发射功率。在框604中，使用pi＝1到K选择节点ni的功率电平pi。在每个功率电平pi，对各节点ni重复框606到617，以确定当将每个功率电平分配给节点ni时的系统的吞吐量。在框605中，对于处于每个功率电平pi的每个节点ni，计算处于所选功率时所有节点的吞吐量。框605可以包括，在框606中选择处于指定功率电平的每个节点，并且随后在框609中计算处于指定功率电平的每个单独节点的吞吐量。在一些实施例中，所选功率包括所选节点ni的功率电平pi。此外，对于已经在604到618的前一循环中确定了最佳发射功率的节点来说，当测试节点ni的所有功率电平时，所确定的发射功率用来计算所有该节点的总和吞吐量。相似地，在一些实施例中，对于除了ni之外的还没有确定发射功率的节点来说，可将指定的功率设为节点的最大功率。
因此，例如在具有三个节点且在三个功率电平下的系统中，在框602中选择第一节点，并且在框604中选择第一节点的第一功率电平。在框606中，为第一节点分配第一功率电平，并且为第二节点和第三节点分配最大功率电平，在一些实施例中，该最大功率电平可以是最高的功率电平或第三功率电平，或可以是另一最大功率电平。在框609中，随后计算每个节点的吞吐量，并且对于为第一节点分配的两个剩余的功率电平重复该过程。在确定了为第一节点分配的每一功率电平的总和吞吐量之后，将提供最大总和吞吐量的功率电平确定为第一节点的发射功率电平。对于每一节点重复该过程，其中为在前节点使用确定的发射功率。因此，对于第二结点，在框606中为第一节点指定的功率是第一节点的最优功率电平，同时将第三节点假设为以最大功率运行。相似地，通过计算第三节点处于每个功率电平时所有节点的吞吐量，来确定第三节点的发射功率，其中假设第一节点和第二节点以先前确定的发射功率电平进行发射。
在框609中，由执行框607到615的无线电调度提取器306计算处于指定功率电平的每个节点的合计吞吐量。
对于计算所有流F的集合的合计吞吐量来说，对于每个节点ni的每个功率电平pi，对于计算变量进行初始化，包括将所提供吞吐量C的总和设置为＝0，并将可用带宽B设置为无线电节点ni的总可用带宽。
为了计算在给定发射功率下的每个流的合计吞吐量，计算所有用户的频谱效率(SE)(单位为比特/秒/赫兹)，其中SE用来确定每个流的所需带宽。在一些实施例中，可以通过使用将信号干扰噪声比(signal-interference-plus-noise ratio，SINR)与SE相关联的映射函数确定SE。因此，在框607中，计算无线电节点的当前发射功率下每个流的提取SESi(i＝1到M)。
在框608中，按照每个流的SE的降序为流F的集合排序。在框610中，无线电调度提取器306从排序后的集合F中选择流，该无线电调度提取器306例如首先选择具有最高SE的用户或流。在框612中，计算满足所选流的动态有效速率所需的带宽，例如根据等式(11)：
bi＝Re，i/Si (11)
在等式(11)中，b是流i的所需带宽，并且Re，i是单独流i的动态有效速率，即在一些实施例中，使用如上所述的动态流速估计方法500所计算的动态有效速率。因此，根据估计的动态流速Re，i确定具体流的所需带宽bi，其中动态流速Re，i是基于速率比αi(t)确定的，反过来，根据接收流i的UE316的QoE来调节速率比αi(t)。
如果所需带宽bi小于可用带宽B，则随后在框614中通过如等式(12)所示的将所需带宽从可用带宽中减去而更新剩余的带宽Ｂ。
B＝B-bi (12)
在框615中，使用为流i分配的带宽更新所提供的吞吐量C。在所需带宽bi小于可用带宽B的情况下，根据等式(13)通过将所提供的吞吐量与流的动态有效流速Re，i相加而更新所提供的吞吐量C。
C＝C+Re，i (13)
在所需带宽bi大于可用带宽B的情况下，根据等式(14)通过将所提供的吞吐量与剩余可用带宽B的有效速率相加而更新所提供的吞吐量C。
C＝C+B×Si (14)
通过重复框610到615确定每个流的所需带宽bi，直到计算了所有流的所需带宽bi为止，或直到剩余的带宽B为零为止。
在框616中，确定节点ni处于功率电平pi时所有节点ni的总和吞吐量。在实施例中，确定每个功率电平的总和吞吐量被确定，并且其包括处于具体功率电平的所有节点的吞吐量之和。随后，如等式(15)所示，使用具体节点的吞吐量修改节点ni处于功率电平pi时的总和吞吐量S总和。
S总和＝S总和+C (15)
一旦确定了当将节点ni设为功率电平pi时网络的总和吞吐量，就在框617中选择节点ni的下一功率电平，并确定节点ni在新指定的功率电平下运行时网络的总和吞吐量。因此，对于节点ni，在节点ni的不同功率电平下确定网络的总性能，这产生了与节点ni的每个功率电平相关联的总和吞吐量。
在计算了处于每个功率电平的每个节点的合计吞吐量之后，在框618中确定每个节点314的发射功率。在一些实施例中，节点314的发射功率是提供了对于所有节点314来说最大吞吐量的功率电平。这通过为具体节点识别功率电平来确定，该功率电平提供了最大的网络(或所有节点314)总和吞吐量。因此，具体节点的发射功率可以是产生了框616中确定的最大总和吞吐量的具体无线电节点314的发射功率。在其他实施例中，例如，在一个或多个功率电平提供了超过无线电节点314的容量的吞吐量的情况下，发射功率电平可以是为预定义百分比的流提供了所需吞吐量的电平，或可以是为最大数量流提供所需吞吐量的电平。在一实施例中，所有的无线电节点314的所确定的发射功率是相同的，而在其他实施例中，每个节点314的所确定的发射功率是不同的。此外，可以基于例如造成节点314之间的干扰的相邻节点314的功率电平、基于流量调节、基于节点314处对于流的流速的修改或其他因素，调节所确定的发射功率。在框620中，通过在所确定的发射功率下发射流而修改节点发射功率设置。
图7示出了具有仿真结果的图表700，该仿真结果显示了根据一些实施例的具有固定的和动态的有效速率估计的功率控制方法的有效性。主要仿真参数代表了具有五十七个随机部署的无线节点和五十七个随机掉线的用户的网络场景。性能的度量标准是实时视频播放器停止播放所占据的时间的百分比。如果冷冻时间小于5％，则QoE为1，否则其为0。每个实时视频会话持续三分钟，其中休止时间使用三分钟的平均值指数地分布。总仿真时间为十分钟，且在图中为每个点使用五个仿真运行。
结果显示了，如果不使用有效速率(固定在α＝1)，则功率控制算法完全失败。与不使用功率控制的情况相比甚至存在性能损失。如果错误地估计了有效速率(固定在α＝3)，则可以获得实质的增益。但是，使用有效速率估计实现了最好的增益。在99％的QoE下，实施例方法给出了大约250％的增益。此外，动态有效速率方法可以指导功率控制算法跟踪用户的QoE。因此能够提供对于大规模数据速率的可靠的100％的满意度。
虽然本文从功率优化方面描述了方法和系统实施例时，但其也可能应用于其他方面，包括准入控制、网络规划和流量工程。准入控制可以使用动态有效速率的平均值以作出接收/拒绝新的流的决定。流量工程可以使用动态有效速率而不是平均速率。拥塞检测可以使用动态有效速率以确定无线电节点是否可以支持多个实时视频流。此外，可以在5G网络中实施实施例用于功率控制、准入控制、网络监控、无线电协调等。
例如，可以使用视频流的动态有效速率为视频流量区分优先次序从而完成流量工程。在这种示例中，可以为例如通过路由器或链路的每个视频流计算动态估计的有效速率。基于视频流的有效速率执行视频流的流量工程，并且使用视频流的有效速率来确定链路的剩余容量。在一些实施例中，可以在恒定比特率(CBR)的流上执行流量工程，并且随后可以使用视频和CBR流的平均速率计算剩余的链路容量。在不存在CBR流的实例中，可以根据视频流的平均速率来计算剩余的链路容量。随后可以使用剩余容量执行延迟容忍的流的流量工程，诸如网页请求。
图8为可以用来实施本文所公开的器件和方法实施例的处理系统800的框图。特定器件可以使用所示的所有组件或仅使用组件的子集，并且集成度可以根据器件到器件变化。而且，器件可以包括组件的多个实例，诸如多个处理单元802、处理器或中央处理器(CPU)806、存储器814、发射器、接收器等。处理单元800可以包括装备有一个或多个输入/输出器件的处理单元802，输入/输出器件例如为扬声器、扩音器、鼠标822、触摸屏、小型键盘、键盘822、打印机822、显示器820等。处理单元802可以包括CPU806、存储器814，大容量存储器808、视频适配器816和连接到总线804的I/0接口818。
总线804可以是一个或多个任何类型的数个总线结构，所述总线结构包括存储器总线、存储器控制器、外围总线、视频总线等。CPU806可以包括任何类型的电子数据处理器。存储器814可以包括任何类型的非暂态系统存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取记忆体(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)、或以上组合等。在实施例中，存储器814可以包括供启动时使用的ROM，和供执行程序时使用的用于程序和数据存储的DRAM。
大容量存储器808可以包括任何类型的非暂态存储器，该非暂态存储器经配置以存储数据、程序和其他信息并且使得所述数据、程序和其他信息可通过总线804进行访问。大容量存储器808可以包括例如一个或多个固态驱动器、硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器、阵列或上述的任何组合等。
视频适配器816和I/O接口818提供了接口以将外部输入和输出器件耦合到处理单元802。如所示的，输入和输出器件的示例包括耦合到视频适配器816的显示器820以及耦合到I/0接口818的鼠标/键盘/打印机822。可以将其他设备耦合到处理单元802，并且可以使用附加的或更少的接口卡810。例如，可以使用诸如通用串行总线(USB)(未显示)的串行接口为打印机提供接口。
处理单元802还包括一个或多个网络接口810，该网络接口810可以包括有线链接，诸如以太网电缆等，和/或无线链接以访问节点或不同的网络812。网络接口810允许处理单元802经由网络812与远程单元通信。例如，网络接口810可以提供经由一个或多个发射器/发射天线和一个或多个接收器/接收天线的无线通信。在实施例中，将处理单元802耦合到局域网812或广域网812，用于与远程器件，诸如其他处理单元、互联网、远程存储设施等的数据处理和通信。
在一些实施例中，用于使用估计的有效速率实施功率控制方法的系统300的元件可以是在处理系统800上实施或遍及多个处理系统的软件组件。在一些实施例中，处理系统800具有存储器814，其上存储的指令用于使处理器806执行在上文中参考图4到图6的方法400、500、600描述的方法。
虽然已参考说明性实施例对本发明进行了描述，但该描述不旨在解释为限制意义。基于对本文描述的参考，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，所附权利要求旨在包括任何此类修改或实施例。

Claims (18)

1.一种用于多个视频流的有效流速估计的方法，包括：
确定第一传输窗口中所述多个视频流中的每个视频流的第一流速；
接收对于所述第一传输窗口中播放部分所述多个视频流的体验质量QoE反馈，其中从接收流经无线电节点的所述多个视频流的多个用户设备UE接收所述QoE反馈，以及
根据至少所述多个视频流的所述第一流速和所述QoE反馈，估计第二传输窗口中所述多个视频流中的每个流的动态有效流速；
所述方法进一步包括：
根据第一动态测量的D2M速率比确定第二D2M速率比，所述D2M速率比是根据所述QoE反馈的函数；
其中估计所述动态有效流速包括将所述多个视频流的所述第一流速乘以所述第二D2M速率比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述第二D2M速率比包括：
将所述第二D2M速率比设置为根据至少所述QoE反馈调节的所述第一D2M速率比的值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述QoE反馈包括在所述UE上播放所述视频流的一部分的中断信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述调节所述第二D2M速率比包括：
响应于小于中断比阈值的中断比，并且进一步响应于第一个小于速率比阈值的所述第二D2M速率，为所述视频流中的第一流将所述第一个第二D2M速率比增加步长值，其中所述中断比是所述第一流的总中断时间与所述第一流的总会话时间的比；以及
响应于小于所述中断比阈值的所述中断比，并且进一步响应于小于中断时间阈值的所述一个或多个第一传输窗口中的中断时间，将所述第一个第二D2M速率比减小所述步长值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述步长值是可变的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述估计所述有效流速包括：
根据来自第三传输窗口的累积的QoE反馈以及与所述第一传输窗口相关联的所述QoE反馈，估计所述有效流速。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使用传输参数在所述第二传输窗口中将所述视频流从无线电节点发射到所述多个UE，所述传输参数产生在所述UE处的基本对应于估计的有效流速的第二流速。
8.一种用于网络中多个无线电节点的功率控制的方法，包括：
确定第一传输窗口的与网络中的无线电节点的流量流相关联的数据速率；
根据至少来自用户设备UE的体验质量QoE反馈，估计第二传输窗口的每个所述流量流的动态有效流速，其中所述UE与所述无线电节点连接并且接收所述流量流；以及
根据估计的所述流量流的动态有效流速，为每个所述无线电节点设置使所述无线电节点的总和吞吐量最大化的发射功率电平；
所述方法进一步包括：
根据第一动态测量的D2M速率比和所述QoE反馈确定第二D2M速率比，所述D2M速率比是根据所述QoE反馈的函数；
其中所述估计每个所述流量流的所述动态有效流速包括：将所述相关联的数据速率乘以所述第二D2M速率比。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述QoE反馈包括在所述UE上播放所述流量流的视频的中断信息。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
对于通过所述无线电节点的所述流量流，为处于多个功率电平中的每个功率电平的每个无线电节点确定总和吞吐量；
其中确定总和吞吐量包括：对于通过所述无线电节点的所述流量流，为处于指定的功率电平的每个无线电节点确定合计吞吐量，其中所述指定的功率电平包括所述无线电节点的各自一个无线电节点的所述多个功率电平中的各自一个功率电平；以及
其中为每个所述无线电节点设置发射功率电平包括：将所述无线电节点中的所述各自一个无线电节点的所述功率电平设置为与最高总和吞吐量相关联的所述功率电平。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定所述合计吞吐量包括：根据所述估计的各自流量流的动态有效流速和处于所述各自功率电平的所述各自流量流的频谱效率，确定通过所述各自无线电节点的每个流量流的所需带宽。
12.一种发射流量流的方法，包括：
网络组件从多个用户设备UE接收对于第一传输窗口的体验质量QoE反馈，其中所述QoE反馈与多个无线电节点和所述UE之间的所述流量流相关联；
对于每个所述流量流，基于所述QoE反馈估计第二传输窗口中所述各自流量流的动态有效流速；以及
使所述多个无线电节点中的每个无线电节点在所述第二传输窗口中使用估计的动态有效流速发射所述流量流；
其中所述估计所述动态有效流速包括：
将第二动态测量的D2M速率比设置为与所述第一传输窗口内的传输有关的第一D2M速率比，所述D2M速率比是根据所述QoE反馈的函数；以及
根据至少所述QoE反馈调节所述第二D2M速率比。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
根据所述估计的所述流量流的动态有效流速，为每个所述无线电节点设置使所述多个无线电节点的总和吞吐量最大化的发射功率电平；
其中使所述多个无线电节点中的每个无线电节点发射所述流量流包括：使所述多个无线电节点使用所述估计的动态有效流速且在设置的发射功率电平下发射所述流量流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中为所述多个无线电节点中的每个无线电节点设置所述发射功率电平包括：
对于通过所述无线电节点的所述流量流，为处于多个功率电平的每个功率电平的每个无线电节点确定总和吞吐量；
其中所述确定所述总和吞吐量包括：对于通过所述多个无线电节点的所述流量流，为处于指定的功率电平的所述多个无线电节点中的每个无线电节点确定合计吞吐量，其中所述指定的功率电平是对于所述多个无线电节点的各自一个无线电节点的所述多个功率电平中的各自一个功率电平；以及其中所述多个无线电节点的每个无线电节点的所述发射功率电平包括：与所述确定的所述无线电节点中的所述各自一个无线电节点的最高总和吞吐量相关联的所述功率电平。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述确定所述合计吞吐量包括：
根据所述估计的所述各自流量流的动态有效流速和处于所述各自功率电平的所述各自流量流的频谱效率，确定通过所述各自无线电节点的每个流量流的所需带宽；
其中每个无线电节点的所述合计吞吐量是通过所述各自无线节点的所述流量流的所需带宽之和。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述调节所述第二D2M速率比包括：
根据至少一个或多个中断阈值与关于所述QoE反馈的中断标准的关系，以可变的调节步长调节所述流量流的第一流的第一个所述第二D2M速率比。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述QoE反馈包括在所述多个UE上播放所述流量流的视频的中断信息。
18.一种用于多个视频流的有效流速估计的网络组件，包括：
处理器；和
与所述处理器连接的非暂态计算机可读介质，其中存储有当由所述处理器执行时使得所述网络组件执行以下操作的指令：
确定第一传输窗口中多个视频流中的每个视频流的第一流速；
接收与第一传输窗口中部分所述多个视频流的回放相关联的体验质量QoE反馈，其中从接收流经无线电节点的所述多个视频流的多个用户设备UE接收所述QoE反馈；以及
根据至少所述多个视频流的所述第一流速和所述QoE反馈，估计第二传输窗口中所述多个视频流中的每个流的动态有效流速；
根据第一动态测量的D2M速率比确定第二D2M速率比，所述D2M速率比是根据所述QoE反馈的函数；
其中估计所述动态有效流速包括将所述多个视频流的所述第一流速乘以所述第二D2M速率比。
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