CN108134965B - 一种点播业务的无线侧组播传输的方法 - Google Patents

一种点播业务的无线侧组播传输的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种点播业务的无线侧组播传输的方法，属于移动通信技术领域。该方法为：用户在某一时刻点播视频fi，该视频在基站处缓存了前
Figure DDA0001556319010000012
时间长度的视频内容，基站识别用户的请求数据包，并解析出所请求的文件编号fi，并检测该文件在基站处配置的缓存列表一中的该文件的组播开始时刻ti值和该文件在基站侧缓存的文件长度
Figure DDA0001556319010000013
若请求到来时刻在
Figure DDA0001556319010000014
以内，则将用户加入到缓存列表一中的文件fi的组播组中，后续由该组播组进行统一调度和数据传输。对于用户请求的在
Figure DDA0001556319010000011
时刻以前的数据，由基站处缓存提供，此时，缓存数据传输到用户终端通过单播方式进行。本发明在保证QoS的前提下，提高了无线网络侧的资源利用率，降低了空口资源的消耗，并缓解了网络拥塞和冗余数据的传输。

Description

一种点播业务的无线侧组播传输的方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，涉及一种点播业务的无线侧组播传输的方法。
背景技术
随着智能终端的日渐普及以及移动设备的大规模增长，移动数据流量呈现持续的爆发式增长。据Cisco发布的全球移动数据流量预测报告，到2020年移动用户数量将达到55亿，占全球人口的70％。到2019年，移动数据流量相比于2015年增长近8倍，其中接近四分之三的移动数据流量将为视频流量。而由于视频流一般占据较大带宽，因此对现有网络带来较大冲击。
目前LTE网络针对视频传输提供了MBMS/eMBMS(Multimedia BroadcastMulticast Services，多媒体广播/多播业务，Evolved Multimedia Broadcast MulticastServices，演进型多媒体广播/多播业务)网络，在该网络中，视频数据通过组播/广播等方式传输至用户终端，现有的eMBMS/MBMS网络中空口的组播/广播方式主要有两种，SC-PTM(Single Cell-Point to Multi-Point，单小区点对多点)和MBSFN(Multicast BroadcastSingle Frequency Network，多播/组播单频网络)。其中e-MBMS/MBMS主要以广播、组播方式实现多媒体业务的传输，包括视频、音频、多媒体广告、免费和收费电视以及直播类等业务，在空口处采用MBSFN/SC-PTM方式实现，但仅有直播类业务才能够使用广播/组播方式进行数据传输，对于点播类业务，由于不同用户之间的点播存在很大的不确定性，因此很难使用组播/广播技术进行数据传输。
针对上述问题，目前的应对策略主要集中在优化网络架构方面，比如使用CDN(Content Delivery Network)传输点播业务，将视频内容下放到各个网络边缘节点，以缓解骨干网压力，但由于CDN的节点位置设置通常距离用户终端较远，无法缓解接入网侧的流量压力，而且由于点播业务用户的到达具有很大不确定性，因而也无法采用组播方式进行传输，容易造成网络资源配置的不合理，导致接入网侧的网络拥塞和过多的冗余数据传输。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种点播业务的无线侧组播传输的方法，以在保证QoS(Quality of Service，服务质量)的前提下，提高无线网络侧的资源利用率，降低空口资源的消耗，并缓解网络拥塞和冗余数据的传输。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种点播业务的无线侧组播传输的方法，该方法包括：
接收用户终端发送的请求数据包，所述请求数据包用于向源服务器请求目标数据；
根据缓存列表一，识别所述请求数据包的请求视频文件的编号，获取缓存列表一，其中所述缓存列表一中包含以下信息中的至少一个：
视频文件的编号fi、组播开始时刻ti、视频文件fi在基站处缓存的视频文件长度
Figure GDA00025603569500000210
和组播组对应的G-RNTI(Group-Radio Network Tempory Identity，组无线网络临时标识)并判断缓存列表一中是否存在所述请求视频文件的编号；
所述缓存列表一的具体表项包括：视频文件的编号i、组播开始时刻ti，基站处缓存对应的时长
Figure GDA0002560356950000029
为组播组分配的G-RNTI、组播组对应的RB和基站下点播某视频文件的多个CPE，RB是针对某视频文件而言的，即相同视频文件在
Figure GDA0002560356950000028
内采用同样的RB承载，此时使用C-RNTI来标识CPE；当缓存列表一中存在所述请求视频文件的编号时，将视频文件加入缓存列表一中；
将所述目标数据发送至所述用户终端。
进一步，所述基站处的不同视频文件fi的缓存的视频文件长度
Figure GDA0002560356950000027
由以下方法求出：
S101：将在缓存时长内到达的用户建模成泊松分布，则到达的用户数
Figure GDA0002560356950000021
将λ设为55；
S102：将视频文件流行度建模成Zipf分布，并假设用户对不同视频文件的请求概率同样服从Zipf分布，则用户请求视频文件fi的概率为
Figure GDA0002560356950000022
S103：
Figure GDA00025603569500000211
时间段内请求频道
Figure GDA00025603569500000212
的用户数表示为：
Figure GDA0002560356950000023
其中，M指视频文件库中的视频文件总数，pi指用户请求视频文件i的概率，
Figure GDA0002560356950000024
指
Figure GDA0002560356950000025
时间内到达的用户数；
S104：将研究时长设置为T，因此在T时间内，基站和请求视频文件的用户建立的单播/组播连接数为：
Figure GDA0002560356950000026
其中，公式f(2)的第一项
Figure GDA0002560356950000031
指的是在T时间内，为组播建立的连接数，后一项
Figure GDA0002560356950000032
指的是在T时间内，为传输基站侧缓存数据建立的单播连接数；
S105：将步骤S103中的函数f(1)达到最大值，且步骤S104中函数f(2)达到最小值时的各个
Figure GDA0002560356950000033
的值，作为在基站处为各个视频文件的设置的缓存大小。
进一步，在所述将所述目标数据发送至所述用户终端之前，还包括步骤：
判断缓存列表一中是否存在所述请求的目标视频文件；
当包含所述目标视频文件时，判断目标视频文件请求到来时刻，与断缓存列表一中的组播开始时刻ti的值和该视频文件在基站侧缓存的视频文件长度
Figure GDA0002560356950000034
之和的关系；
当所述目标视频文件的请求到来时刻在
Figure GDA0002560356950000035
以内时，将用户加入该视频文件对应的组播组中；
当所述目标视频文件的请求到来时刻在
Figure GDA0002560356950000036
以外时，更新缓存列表一，将所述目标视频文件的到来时刻作为新的ti，并为目标视频文件分配新的G-RNTI；
当不包含所述目标视频文件时，在所述缓存列表一中添加一个表项，将所述请求视频文件的编号、用户添加进所述表项中，并为该表项分配新的G-RNTI。
进一步，所述将所述目标数据发送至所述用户终端具体步骤为：
将所述用户终端与缓存设备建立第一承载，并将所述缓存数据通过第一承载发送至所述用户终端；
将所述用户终端与源服务器建立第二承载，并将组播数据通过第二承载发送至所述用户终端。
本发明的有益效果在于：本发明在保证QoS(Quality of Service，服务质量)的前提下，提高了无线网络侧的资源利用率，降低了空口资源的消耗，并缓解了网络拥塞和冗余数据的传输。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为技术方案总体框图；
图2为点播业务的工作流程；
图3为IPTV系统下点播业务的组播方案时序图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明采取如下技术方案，具体如图1所示，通过在基站处引入缓存，并在缓存中为不同流行度的视频文件分配不同的缓存大小，来达到用组播传输方式传输点播业务的目的。用户在某一时刻点播视频fi，该视频在基站处缓存了前
Figure GDA0002560356950000041
时间长度的视频内容，基站识别用户的请求数据包，并解析出所请求的视频文件的编号fi，并检测该视频文件在基站处配置的缓存列表一中的该视频文件的组播开始时刻ti值和该视频文件在基站侧缓存的视频文件长度
Figure GDA0002560356950000042
若请求到来时刻在
Figure GDA0002560356950000043
以内，则将用户加入到缓存列表一中的视频文件fi的组播组中，后续由该组播组进行统一调度和数据传输。对于用户请求的在
Figure GDA0002560356950000044
时刻以前的数据，由基站处缓存提供，此时，缓存数据传输到用户终端通过单播方式进行。参见图2，具体的实施步骤如下：
S1、MCE接收组播源向下发送的组播视频流，并进行周期性成员关系查询；
S2、CPE通过电视显示的EPG页面获取直播列表，选择要观看的电视节目B，并向IPTV系统进行频道授权验证；
S3、IPTV系统根据用户的请求进行频道检查，判断该用户是否有观看该点播频道的权限，该频道权限检测在每次点击频道时均需要验证；
S4、若CPE已被授权，IPTV系统立即下发授权信息和频道的组播组IP地址给CPE，否则，下发产品购买提示；
S5、CPE发送组播组加入请求；
S6、基站识别请求数据包并进行包解析，判断用户请求的视频文件的编号，并检测该视频文件在缓存列表一中的组播开始时刻ti的值与该视频文件在基站侧缓存的视频文件长度
Figure GDA0002560356950000045
若请求到来时刻在
Figure GDA0002560356950000046
以内，则将用户添加进已有缓存列表一的记录中，并使用缓存列表一记录的RB承载组播数据，进行相应的资源调度，否则，创建一条新记录，并为视频文件分配G-RNTI，配置合适承载组播业务的RB，其中新记录包括：视频文件名、分配的G-RNTI、视频文件对应的RB和基站下在
Figure GDA0002560356950000047
时间段内点播该视频文件的用户；
S7、请求数据包到达MCE；
S8、MCE识别请求数据包，并进行包解析，判断用户请求的视频文件的编号，并检测该视频文件在缓存列表一中的组播开始时刻ti的值与该视频文件在基站侧缓存的视频文件长度
Figure GDA0002560356950000048
若请求到来时刻在
Figure GDA0002560356950000049
以内，则将用户添加进已有缓存列表一的记录中，并使用缓存列表二中记录的视频文件对应的RB承载组播数据；否则，创建一条新记录，并配置组播业务的RB承载，将该频道的组IP地址、视频文件对应的RB以及在
Figure GDA0002560356950000051
时间段内点播该视频文件的用户集；
S9、IPTV组播源下发组播节目流，在基站处，点播数据有两种发送至用户终端，方式一是通过组播方式，方式二是通过单播方式。这是因为各个用户点播时刻不尽相同，而视频组播则在最早的一个用户点播后即开始将数据通过组播方式发生，对于后续到来的用户而言，通过组播来接收从此刻之后到来的数据，而对于已经通过组播方式下发过的数据，则由基站处的缓存通过单播方式发送给用户端，因此，一个用户有两种接收数据的方式。图3为IPTV系统下点播业务的组播方案时序图。
基站处不同视频文件fi的缓存的视频文件长度
Figure GDA0002560356950000052
由以下方法求出：
S1、将在缓存时长内到达的用户建模成泊松分布，所以到达的用户数
Figure GDA0002560356950000053
将λ设为55；
S2、将视频文件流行度建模成Zipf分布，并假设用户对不同视频文件的请求概率同样服从Zipf分布，所以用户请求视频文件fi的概率为；
Figure GDA0002560356950000054
S3、
Figure GDA0002560356950000055
时间段内请求频道
Figure GDA0002560356950000056
的用户数可以表示为：
Figure GDA0002560356950000057
其中，M指视频文件库中的视频文件总数，pi指用户请求视频文件i的概率，
Figure GDA0002560356950000058
指
Figure GDA0002560356950000059
时间内到达的用户数。
S4、将研究时长设置为T，因此在T时间内，基站和请求视频文件的用户建立的单播/组播连接数为：
Figure GDA00025603569500000510
其中，公式f(2)的第一项
Figure GDA00025603569500000511
指的是在T时间内，为组播建立的连接数，后一项
Figure GDA00025603569500000512
指的是在T时间内，为传输基站侧缓存数据建立的单播连接数。
S5、将上述步骤3中的函数f(1)达到最大值，且步骤4中函数f(2)达到最小值时的各个
Figure GDA0002560356950000061
的值，作为在基站处为各个视频文件的设置的缓存大小。
基站和MCE判断点播的视频文件的组播组是否存在时，采用以下方法：
分别在基站和MCE处配置组播组缓存列表一和缓存列表二，缓存列表一的具体表项如表1所示：
表1 基站处缓存列表一的表项
Figure GDA0002560356950000062
包括：视频文件的编号、组播开始时刻ti，基站处缓存对应的时长
Figure GDA0002560356950000063
为组播组分配的G-RNTI、组播组对应的RB和基站下点播某视频文件的多个CPE，可知RB是针对某视频文件而言的，即相同视频文件在
Figure GDA0002560356950000064
内采用同样的RB承载，此时使用C-RNTI来标识CPE。
MCE处缓存列表二的表项内容如表2所示：
表2 MCE处缓存列表二的表项
Figure GDA0002560356950000065
包括：视频文件的编号、组播开始时刻ti，基站处缓存对应的时长
Figure GDA0002560356950000066
为组播组分配的G-RNTI、组播组对应的RB和基站下点播某视频文件的多个CPE此时使用C-RNTI来标识CPE。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种点播业务的无线侧组播传输的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、多播广播协作实体MCE接收组播源向下发送的组播视频流，并进行周期性成员关系查询；
S2、客户端设备CPE的用户通过电子节目单EPG页面获取直播列表，选择要观看的电视节目B，并向互联网协议电视IPTV系统提出频道授权验证请求；
S3、IPTV系统根据用户的频道授权验证请求进行频道检查，判断该用户是否有观看频道的权限；且在每次选择要观看的频道时，均需要进行频道检查；
S4、若CPE已被授权，IPTV系统立即下发授权信息和频道的组播组IP地址给CPE，否则，下发产品购买提示；
S5、CPE向基站发送组播组加入请求；
S6、基站识别组播组加入请求的请求数据包并进行包解析，判断用户请求的视频文件的编号，并检测该视频文件在缓存列表一中的组播开始时刻ti的值与该视频文件在基站侧缓存的视频文件长度
Figure FDA0002575242070000011
若请求到来时刻在
Figure FDA0002575242070000012
以内，则将用户添加进已有缓存列表一的记录中，并使用缓存列表一记录的RB承载组播数据，进行相应的资源调度，否则，创建一条新记录，并为视频文件分配组无线网络临时标识G-RNTI，配置合适承载组播业务的无线承载RB，其中新记录包括：视频文件名、分配的G-RNTI、视频文件对应的RB和基站下在
Figure FDA0002575242070000013
时间段内点播该视频文件的用户；其中，fi表示第i个视频文件，
Figure FDA0002575242070000014
为第i个视频文件在基站侧缓存的片段编号，τ为缓存的视频文件片段的时间长度，
Figure FDA0002575242070000015
表示第i个视频文件在基站侧缓存的长度；
S7、请求数据包到达MCE；
S8、MCE识别请求数据包，并进行包解析，判断用户请求的视频文件的编号，并检测该视频文件在缓存列表一中的组播开始时刻ti的值与该视频文件在基站侧缓存的视频文件长度
Figure FDA0002575242070000016
若请求到来时刻在
Figure FDA0002575242070000017
以内，则将用户添加进已有缓存列表一的记录中，并使用缓存列表二中记录的视频文件对应的RB承载组播数据；否则，创建一条新记录，并配置组播业务的RB承载，其中新记录包括：该频道的组IP地址、视频文件对应的无线承载RB以及在
Figure FDA0002575242070000018
时间段内点播该视频文件的用户集；
S9、组播源下发组播节目流，在基站处，点播数据有两种方式发送至客户端设备CPE，方式一是通过组播方式，方式二是通过单播方式；各个用户点播时刻不尽相同，而视频组播则在最早的一个用户点播后即开始将数据通过组播方式发生，对于后续到来的用户而言，通过组播来接收从此刻之后到来的数据，而对于已经通过组播方式下发过的数据，则由基站处的缓存通过单播方式发送给用户端，一个用户有两种接收数据的方式；
基站处不同请求频道
Figure FDA0002575242070000021
的缓存的视频文件长度
Figure FDA0002575242070000022
Figure FDA0002575242070000023
由以下方法求出：
S10、将在缓存时长内到达的用户建模成泊松分布，所以到达的用户数
Figure FDA0002575242070000024
将λ设为55；
S11、将视频文件流行度建模成Zipf分布，并假设用户对不同视频文件的请求概率同样服从Zipf分布，用户请求频道Cfi的概率为；
Figure FDA0002575242070000025
α表示Zipf分布的用户请求模式的偏斜度；
S12、
Figure FDA0002575242070000026
时间段内请求频道
Figure FDA0002575242070000027
的用户数为：
Figure FDA0002575242070000028
其中，M指视频文件库中的视频文件总数，pi指用户请求视频文件i的概率，
Figure FDA0002575242070000029
指
Figure FDA00025752420700000210
时间内到达的用户数；
S13、将研究时长设置为T，在T时间内，基站和请求视频文件的用户建立的单播/组播连接数：
Figure FDA00025752420700000211
其中，公式f(2)的第一项
Figure FDA00025752420700000212
指的是在T时间内，为组播建立的连接数，后一项
Figure FDA00025752420700000213
指的是在T时间内，为传输基站侧缓存数据建立的单播连接数；
S14、将上述步骤S12中的函数f(1)达到最大值，且步骤S13中函数f(2)达到最小值时的各个
Figure FDA00025752420700000214
的值，作为在基站处为各个视频文件的设置的缓存大小；
基站和MCE判断点播的视频文件的组播组是否存在时，采用以下方法：
分别在基站和MCE处配置组播组缓存列表一和缓存列表二；
缓存列表一包括：视频文件的编号i、组播开始时刻ti、基站处缓存对应的时长
Figure FDA00025752420700000215
为组播组分配的G-RNTI、组播组对应的RB和基站下点播某视频文件的多个客户端设备CPE，RB是针对某视频文件而言的，即相同视频文件在
Figure FDA0002575242070000031
内采用同样的RB承载，并使用小区无线网络临时标识C-RNTI来标识CPE；
缓存列表二包括：视频文件的编号i、组播开始时刻ti、基站处缓存对应的时长
Figure FDA0002575242070000032
为组播组分配的G-RNTI、组播组对应的RB和基站下点播某视频文件的多个CPE，并使用小区无线网络临时标识C-RNTI来标识CPE；
将目标数据发送至客户端设备CPE；
在目标数据发送至所述客户端设备CPE之前，当不包含所述目标视频文件时，在缓存列表一中添加一个表项，将请求视频文件的编号、用户添加进所述表项中，并为该表项分配新的G-RNTI。
2.根据权利要求1所述的一种点播业务的无线侧组播传输的方法，其特征在于：所述将目标数据发送至客户端设备CPE具体步骤为：
将所述客户端设备CPE与缓存设备建立第一承载，并将所述缓存数据通过第一承载发送至所述客户端设备CPE；
将所述客户端设备CPE与源服务器建立第二承载，并将组播数据通过第二承载发送至所述客户端设备CPE。
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