CN111479277A - 5g网络环境下的流媒体资源动态调度方法及装置 - Google Patents

5g网络环境下的流媒体资源动态调度方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法及装置，所述方法包括：以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。本发明实施例通过构建流媒体资源的动态调度模型，然后对流媒体资源的动态调度模型进行求解，实现服务提供商获得的利润、系统功效、传输延迟及系统稳定性四者间的权衡，从而保障5G网络下流媒体服务的质量，确保服务提供商获得最大利润的同时还能提高系统效用、降低传输延迟、保障系统稳定性。

Description

5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法及装置。
背景技术
5G网络，即第五代移动通信网络(英语：5th generation mobile networks或5thgeneration wireless systems，简称5G)，是最新一代蜂窝移动通信技术。其主要优势在于：数据传输速率远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比4G快100倍。5G通信可以容纳来自移动应用程序的更多视听娱乐视频站点，并且可以通过减少延迟和节省成本来大大提高视频质量。5G网络的到来为大规模、个性化、多样化的多媒体服务提供了平台。然而，巨大的移动流量增长也将给当前可用的接入网络基础设施带来巨大压力。值得注意的是，随着5G网络通信中预期的超高传输比特率，网络系统在传输数据的过程中产生的能耗与花费也会剧增，在此过程中实现流媒体资源的有效分配以及提高用户体验质量(QoE)是非常必要的。
流媒体又称流式媒体，是指采用流式传输的方式在网络Internet播放的媒体格式。流媒体边传边播的特性可以满足媒体提供商在网络上传输媒体的同时用户一边不断地接收并观看或收听被传输的媒体。流媒体资源即以流媒体技术传输数据资源，包括文件、图片、音频等。流媒体播放对带宽要求较高，且占用传输信道的时间较长。随着流媒体播放的日益普及，流媒体服务已成为视频点播系统中最流行的网络服务之一。由于受到蜂窝网数据传输不可靠性和终端能耗的局限性影响，流媒体服务往往不能保证视频播放的质量，网络的不稳定性及视频资源分配的不合理性，会使得用户体验下降。现有的流媒体资源调度优化机制可以分为三类：面向任务的资源分配机制、面向服务的资源分配机制和面向移动终端的资源分配机制。
现有的流媒体资源调度方案主要面临着以下问题：难以实现流媒体资源分配的动态性及有效性，仅考虑流媒体资源传输的系统功效问题，着重强调流媒体资源传输系统功效最大化，忽略了流媒体资源分配的动态性、网络带宽开销以及传输过程中产生的延迟，从而导致网络带宽资源的浪费，系统稳定性差，用户体验降低。
发明内容
为了解决或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，包括：
以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；
对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
可选地，所述以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型，具体包括：
根据服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)确定流媒体资源传输系统的系统功效Φ(Aj(t))，并引入辅助变量aj(t)，对所述系统功效Φ(Aj(t))进行简化；
根据服务提供商实时传输给用户的流媒体资源Dj(t)和所述流媒体资源传输系统的带宽，利用香农定理确定服务提供商向用户传输流媒体资源过程中产生的传输延迟Tj(t)；
根据所述服务提供商实时传输给用户的流媒体资源Dj(t)和用户支付给所述服务提供商的流媒体资源的单价e，确定服务提供商的收入Wj(t)，根据所述服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)以及服务提供商购买流媒体资源支付给运营商的单价u，确定服务提供商的支出Pj(t)，根据所述服务提供商的收入Wj(t)和服务提供商的支出Pj(t)，计算服务提供商的利润Uj(t)；
根据所述系统功效Φ(Aj(t))、传输延迟Tj(t)和服务提供商的利润Uj(t)构造第一目标函数；
构造用于判别所述流媒体资源传输系统的稳定性的队列Ω(t)＝[Hj(t),Qj(t),Rj(t)]，其中，Hj(t)表示t时刻服务提供商本地存储的流媒体资源，Qj(t)表示t时刻服务提供商的收益，Rj(t)为根据所述服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)和辅助变量aj(t)构造的虚拟队列；
基于所述队列Ω(t)＝[Hj(t),Qj(t),Rj(t)]，利用李雅谱诺夫稳定性理论确定所述流媒体资源传输系统的李雅谱诺夫条件漂移；
根据所述第一目标函数和李雅谱诺夫条件漂移构造所述流媒体资源的动态调度模型。
可选地，所述根据服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)确定流媒体资源传输系统的系统功效Φ(Aj(t))，并引入辅助变量aj(t)，对所述系统功效Φ(Aj(t))进行简化，具体为：
设运营商可提供的流媒体资源数量为Cj(t)，服务提供商从运营商购买的流媒体资源Aj(t)，满足0≤Aj(t)≤Cj(t)，则系统功效表示为：
Figure BDA0002434011350000031
引入辅助变量aj(t)且满足0≤aj(t)≤Aj(t)，将上述系统功效的计算公式转换为：
Figure BDA0002434011350000041
其中，β为实数，j为服务提供商的编号，N为服务提供商的个数。
可选地，所述第一目标函数具体为：
Θ(t)＝Φ(aj(t))-δUj(t)-εTj(t)
其中，δ和ε代表两个不同的实数，用于实现系统功效、传输延迟及服务提供商利润三者之间的权衡。
可选地，所述用于判别所述流媒体资源传输系统的稳定性的队列具体表示为：
Hj(t+1)＝max[Hj(t)-Dj(t),0]+Aj(t)
Qj(t+1)＝max[Qj(t)-Wj(t),0]+Pj(t)
Rj(t+1)＝max[Rj(t)-Aj(t),0]+aj(t)
其中，0≤Dj(t)≤Aj(t)，Hj(t+1)表示t+1时刻服务提供商本地存储的流媒体资源；0≤Pj(t)≤Wj(t)，Qj(t+1)表示t+1时刻服务提供商的收益；Rj(t+1)表示t+1时刻的虚拟队列。
可选地，所述流媒体资源传输系统的李雅谱诺夫条件漂移，具体为：
Figure BDA0002434011350000042
其中，符号Ε代表取均值。
可选地，所述流媒体资源的动态调度模型，具体为：
Figure BDA0002434011350000051
其中，V为惩罚因子且满足V≥0，Cmax表示运营商可提供的最大资源数量，(Aj)max表示Aj(t)的最大值，(Wj)max表示Wj(t)的最大值。
可选地，对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商从运营商处购买的流媒体资源数量和分配给用户的流媒体资源数量，具体包括：
将所述流媒体资源的动态调度模型转换为接入控制目标函数、传输控制目标函数和购买控制目标函数；
基于所述控制目标函数、传输控制目标函数和购买控制目标函数，循环执行以下步骤：
根据队列Rj(t)、惩罚因子V和参数β计算获得辅助变量aj(t)的值，并根据aj(t)计算获得系统功效SE；
根据队列Hj(t)、Qj(t)，用户购买流媒体资源支给服务提供商的单价e，参数δ和惩罚因子V计算获得服务提供商传输给用户的流媒体资源Dj(t)，由Dj(t)计算获得传输延迟Tj(t)；
根据队列Qj(t)，服务提供商购买流媒体资源支给运营商的单价u，参数δ和惩罚因子V计算获得服务提供商的支出Pj(t)，并根据服务提供商的支出Pj(t)计算获得服务提供商的利润Uj(t)；
更新所述队列Hj(t)，Qj(t)，Rj(t)。
第二方面，本发明实施例提供一种5G网络环境下的流媒体资源动态调度装置，包括：
构建模块，用于以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；
求解模块，用于对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法的步骤。
本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法及装置，通过构建流媒体资源的动态调度模型，不仅考虑了流媒体资源传输系统功效最大化，同时兼顾流媒体资源分配的动态性、网络带宽开销以及传输过程中产生的传输延迟，然后流媒体资源的动态调度模型进行求解，实现服务提供商获得的利润、系统功效、传输延迟及系统稳定性四者间的权衡，从而保障5G网络下流媒体服务的质量，确保服务提供商获得最大利润的同时还能提高系统效用、降低传输延迟、保障系统稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的流媒体资源调度优化机制仅考虑流媒体资源传输的系统功效问题，着重强调流媒体资源传输系统功效最大化，忽略了流媒体资源分配的动态性、网络带宽开销以及传输过程中产生的延迟，从而导致网络带宽资源的浪费，系统稳定性差，用户体验降低。为了解决上述问题，本发明实施例提供5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法。
本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法的应用场景，主要包括三个对象：运营商、服务提供商和用户。运营商：网络基础设施的建造者、流媒体资源的持有者，负责给服务提供商提供流媒体资源时并从中获得收益，主要负责流媒体资源传输系统中资源的供给。服务提供商：网络资源的使用者，作为流媒体资源传输的中介，负责将运营商提供的流媒体资源传输给用户。初始时刻以较低的价格从运营商购买流媒体资源并预留，后续根据用户的请求为用户提供所需的流媒体资源，在此过程中通过向用户收取费用来获利。用户：根据自身需要，向服务提供商发送相应的流媒体资源请求，并通过付费来获得请求的流媒体资源。
图1为本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法的流程示意图，包括：
步骤100、以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；
具体地，本发明实施例通过流媒体资源的接入控制来决定服务提供商从运营商购买流媒体资源的数量，从而控制流媒体资源的购买成本；并且，考虑到流媒体资源传输过程中网络的稳定性与传输延迟问题，提出流媒体资源的传输控制，根据用户的请求数量来决定服务提供商分配给用户的资源数量，避免网络堵塞状况；还从用户需求角度出发，通过用户请求对服务提供商的购买决策提供反馈调优，从而避免服务提供商购买过多的流媒体资源，降低流媒体资源购买成本。本发明实施例以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型。
步骤200、对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
具体地，在构建了流媒体资源的动态调度模型之后，对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，求解的过程即为实现服务提供商获得的利润、系统功效、传输延迟及系统稳定性四者间的权衡的过程，最终确定服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源，实现5G网络中流媒体资源的最优调度。
本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，通过构建流媒体资源的动态调度模型，不仅考虑了流媒体资源传输系统功效最大化，同时兼顾流媒体资源分配的动态性、网络带宽开销以及传输过程中产生的传输延迟，然后流媒体资源的动态调度模型进行求解，实现服务提供商获得的利润、系统功效、传输延迟及系统稳定性四者间的权衡，从而保障5G网络下流媒体服务的质量，确保服务提供商获得最大利润的同时还能提高系统效用、降低传输延迟、保障系统稳定性。
基于上述实施例的内容，所述步骤100以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型进一步包括：
步骤101、根据服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)确定流媒体资源传输系统的系统功效Φ(Aj(t))，并引入辅助变量aj(t)，对所述系统功效Φ(Aj(t))进行简化；
具体地，系统功效Φ(Aj(t))是用来衡量整个系统中所容纳的流媒体资源的数量，单位为比特。
其中，所述根据服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)确定流媒体资源传输系统的系统功效Φ(Aj(t))，并引入辅助变量aj(t)，对所述系统功效Φ(Aj(t))进行简化，具体为：
设运营商可提供的流媒体资源数量为Cj(t)，服务提供商从运营商购买的流媒体资源Aj(t)，满足0≤Aj(t)≤Cj(t)，则系统功效表示为：
Figure BDA0002434011350000091
由于(1)式为非线性时间平均函数，不便于求解，为降低求解的难度，引入辅助变量aj(t)且满足0≤aj(t)≤Aj(t)，将上述系统功效的计算公式(1)转换为：
Figure BDA0002434011350000092
其中，β为实数，j为服务提供商的编号，N为服务提供商的个数。
步骤102、根据服务提供商实时传输给用户的流媒体资源Dj(t)和所述流媒体资源传输系统的带宽，利用香农定理确定服务提供商向用户传输流媒体资源过程中产生的传输延迟Tj(t)；
具体地，传输延迟Tj(t)是服务提供商给用户分配流媒体资源的过程中产生的延迟，单位为秒，由香农定理可得到：
Figure BDA0002434011350000101
其中B表示单位数据传输占用的带宽，Dj(t)表示t时刻服务提供商传输给用户的流媒体资源数量，满足0≤Dj(t)≤Aj(t)。
步骤103、根据服务提供商实时传输给用户的流媒体资源Dj(t)和用户支付给所述服务提供商的流媒体资源的单价e，确定服务提供商的收入Wj(t)，根据所述服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)以及服务提供商购买流媒体资源支付给运营商的单价u，确定服务提供商的支出Pj(t)，根据所述服务提供商的收入Wj(t)和服务提供商的支出Pj(t)，计算服务提供商的利润Uj(t)；
具体地，根据所述服务提供商的收入Wj(t)和服务提供商的支出Pj(t)，计算服务提供商的利润Uj(t)：
Uj(t)＝Wj(t)-Pj(t) (4)
其中，Wj(t)＝Dj(t)×e，Pj(t)＝Aj(t)×u，0≤Pj(t)≤Wj(t)。
步骤104、根据所述系统功效Φ(Aj(t))、传输延迟Tj(t)和服务提供商的利润Uj(t)构造第一目标函数；
具体地，将系统功效、传输延迟及服务提供商利润三者结合起来构造第一目标函数。
进一步地，所述第一目标函数具体为：
Θ(t)＝Φ(aj(t))-δUj(t)-εTj(t) (5)
其中，δ和ε代表两个不同的实数，用于实现系统功效、传输延迟及服务提供商利润三者之间的权衡。
步骤105、构造用于判别所述流媒体资源传输系统的稳定性的队列Ω(t)＝[Hj(t),Qj(t),Rj(t)]，其中，Hj(t)表示t时刻服务提供商本地存储的流媒体资源，Qj(t)表示t时刻服务提供商的收益，Rj(t)为根据所述服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)和辅助变量aj(t)构造的虚拟队列；
为保障流媒体资源传输系统的稳定性，引入李雅谱诺夫稳定性理论，如下所示：
Figure BDA0002434011350000111
任意t时刻，李雅谱诺夫条件漂移表示为：
ΔL(Ω(t))＝Ε[L(Ω(t+1))-L(Ω(t))|Ω(t)] (7)
其中，符号Ε代表取均值的意思。
李雅谱诺夫稳定性理论的基本思想是通过系统状态方程的解来判别系统的稳定性，物理意义解释为：线性系统不管在什么样的初始状态下，经过足够长的时间总能回到平衡点附近且不断向平衡点靠拢，即趋于某一特定值。
本发明从李雅谱诺夫稳定性理论出发，通过构造Ω(t)＝[Hj(t),Qj(t),Rj(t)]来判别流媒体资源传输系统的稳定性，其中队列Hj(t)表示t时刻服务运营商的流媒体资源存储，队列Qj(t)表示t时刻服务运营商的收益，队列Rj(t)是由限定条件0≤aj(t)≤Aj(t)构造的虚拟队列。
三个队列分别表示如下：
Hj(t+1)＝max[Hj(t)-Dj(t),0]+Aj(t) (8)
Qj(t+1)＝max[Qj(t)-Wj(t),0]+Pj(t) (9)
Rj(t+1)＝max[Rj(t)-Aj(t),0]+aj(t) (10)
式(8)中，如前所述，Dj(t)表示t时刻服务提供商实时传输给用户的流媒体资源，Aj(t)表示t时刻服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源，满足0≤Dj(t)≤Aj(t)，Hj(t+1)表示t+1时刻服务提供商本地存储的流媒体资源；
式(9)中，Wj(t)表示t时刻服务提供商的收入，Pj(t)表示t时刻服务提供商的支出，满足0≤Pj(t)≤Wj(t)，Qj(t+1)表示t+1时刻服务提供商的收益；
式(10)中，Rj(t+1)表示t+1时刻的虚拟队列。
步骤106、基于所述队列Ω(t)＝[Hj(t),Qj(t),Rj(t)]，利用李雅谱诺夫稳定性理论确定所述流媒体资源传输系统的李雅谱诺夫条件漂移；
具体地，将(6)，(8)，(9)，(10)带入(7)式，得到所述流媒体资源传输系统的李雅谱诺夫条件漂移：
Figure BDA0002434011350000121
其中，符号Ε代表取均值。
步骤107、根据所述第一目标函数和李雅谱诺夫条件漂移构造所述流媒体资源的动态调度模型。
具体地，为实现服务商获得的利润、系统功效、传输延迟及系统稳定性四者间的权衡，结合式(5)和(11)构造流媒体资源的动态调度模型：
Figure BDA0002434011350000122
其中，V为惩罚因子且满足V≥0，Cmax表示运营商可提供的最大资源数量，(Aj)max表示Aj(t)的最大值，(Wj)max表示Wj(t)的最大值。
求式(12)的最小值解的过程即为实现服务商获得的利润、系统功效、传输延迟及系统稳定性四者间的权衡的过程，最终根据式(12)取最小值时确定服务提供商从运营商处购买的流媒体资源数量和分配给用户的流媒体资源数量，便可实现5G网络中流媒体资源的最优调度。
基于上述实施例的内容，所述步骤200对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商从运营商处购买的流媒体资源数量和分配给用户的流媒体资源数量，具体包括：
步骤201、将所述流媒体资源的动态调度模型转换为接入控制目标函数、传输控制目标函数和购买控制目标函数；
具体地，针对式(12)的最小化问题，将(12a)转化为(13)，如下所示：
Figure BDA0002434011350000131
令:ξ(aj(t))＝VIn[1+βaj(t)-Rj(t)aj(t)|Ω(t)],对ξ(aj(t))进行二次求导，得：
Figure BDA0002434011350000132
当ξ'(aj(t))＝0，可以得到：
Figure BDA0002434011350000133
将服务提供商购入的流媒体资源视为接入流媒体资源传输系统中的资源,为提高系统功效，使接入的资源数量最大化，将(12b)转化如下：
Figure BDA0002434011350000141
根据(16)式可得到：
Figure BDA0002434011350000142
针对传输控制决策，应使传输给用户的资源最大化，将(12c)转化如下：
Figure BDA0002434011350000143
根据(18)式可得到：
Figure BDA0002434011350000144
针对购买控制决策，为提高服务提供商的利润，将(12d)转化如下：
Figure BDA0002434011350000145
根据(20)式可得到：
Figure BDA0002434011350000146
步骤202、基于所述控制目标函数、传输控制目标函数和购买控制目标函数，循环执行以下步骤：
根据队列Rj(t)、惩罚因子V和参数β计算获得辅助变量aj(t)的值，并根据aj(t)计算获得系统功效SE；
根据队列Hj(t)、Qj(t)，用户购买流媒体资源支给服务提供商的单价e，参数δ和惩罚因子V计算获得服务提供商传输给用户的流媒体资源Dj(t)，由Dj(t)计算获得传输延迟Tj(t)；
根据队列Qj(t)，服务提供商购买流媒体资源支给运营商的单价u，参数δ和惩罚因子V计算获得服务提供商的支出Pj(t)，并根据服务提供商的支出Pj(t)计算获得服务提供商的利润Uj(t)；
更新所述队列Hj(t)，Qj(t)，Rj(t)。
具体地，从服务提供商角度出发，本发明实施例结合伪代码给出求解所述流媒体资源的动态调度模型的具体过程。
首先确定输入：运营商可提供的流媒体资源Cj(t)，用户购买流媒体资源支给服务提供商的单价e，服务提供商购买流媒体资源支给运营商的单价u，单位数据传输占用的带宽B，参数δ，β，V；
输出：系统功效SE，传输延迟Tj(t)和服务提供商的利润Uj(t)；
初始化时：Hj(0)＝0，Qj(0)＝0，Rj(0)＝0,SE＝0，Tj(t)＝0，Uj(0)＝0
1.FOR时间t∈[1,T]
2.FOR服务提供商j∈N
3.//根据队列Rj(t)、惩罚因子V和参数β利用公式(15)计算获得辅助变量aj(t)的值
4.
Figure BDA0002434011350000151
5.
Figure BDA0002434011350000152
6.ELSE aj(t)＝0
7.根据aj(t)利用公式(2)计算获得系统功效SE；
8.END IF9.//根据队列Hj(t)、Qj(t)，用户购买流媒体资源支给服务提供商的单价e，参数δ和惩罚因子V利用公式(19)计算获得服务提供商传输给用户的流媒体资源Dj(t)
10.IF Hj(t)＜e(δV+Qj(t))
11.Dj(t)＝Aj(t)
12.ELSE Dj(t)＝0
13.根据公式(3)计算流媒体资源传输延迟Tj(t)
14.END IF
15.//根据队列Qj(t)，服务提供商购买流媒体资源支给运营商的单价u，参数δ和惩罚因子V利用公式(21)计算获得服务提供商的支出Pj(t)
16.IFδV-Qj(t)＞0
17.Pj(t)＝Aj(t)×u
18.ELSE Pj(t)＝0
19.根据公式(4)计算服务提供商获得的利润Uj(t)
20.END IF
21.根据公式(8)-(10)更新Hj(t)，Qj(t)，Rj(t)
22.END FOR
23.END FOR
最终确定使式(12)取最小值时对应的服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源Aj(t)和分配给用户的流媒体资源Dj(t)，实现5G网络中流媒体资源的最优调度。
图2为本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度装置的结构示意图，包括：
构建模块210，用于以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；
求解模块220，用于对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度装置用于执行前述5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，因此，对于各功能模块的理解可参照前述5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法实施例，在此不在赘述。
本发明实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度装置，通过构建流媒体资源的动态调度模型，不仅考虑了流媒体资源传输系统功效最大化，同时兼顾流媒体资源分配的动态性、网络带宽开销以及传输过程中产生的传输延迟，然后流媒体资源的动态调度模型进行求解，实现服务提供商获得的利润、系统功效、传输延迟及系统稳定性四者间的权衡，从而保障5G网络下流媒体服务的质量，确保服务提供商获得最大利润的同时还能提高系统效用、降低传输延迟、保障系统稳定性。
图3为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储在存储器330上并可在处理器310上运行的计算机程序，以执行上述各方法实施例所提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，例如包括：以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例提供的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，例如包括：以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，其特征在于，包括：
以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；
对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
2.根据权利要求1所述的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，其特征在于，所述以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型，具体包括：
根据服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)确定流媒体资源传输系统的系统功效Φ(Aj(t))，并引入辅助变量aj(t)，对所述系统功效Φ(Aj(t))进行简化；
根据服务提供商实时传输给用户的流媒体资源Dj(t)和所述流媒体资源传输系统的带宽，利用香农定理确定服务提供商向用户传输流媒体资源过程中产生的传输延迟Tj(t)；
根据所述服务提供商实时传输给用户的流媒体资源Dj(t)和用户支付给所述服务提供商的流媒体资源的单价e，确定服务提供商的收入Wj(t)，根据所述服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)以及服务提供商购买流媒体资源支付给运营商的单价u，确定服务提供商的支出Pj(t)，根据所述服务提供商的收入Wj(t)和服务提供商的支出Pj(t)，计算服务提供商的利润Uj(t)；
根据所述系统功效Φ(Aj(t))、传输延迟Tj(t)和服务提供商的利润Uj(t)构造第一目标函数；
构造用于判别所述流媒体资源传输系统的稳定性的队列Ω(t)＝[Hj(t),Qj(t),Rj(t)]，其中，Hj(t)表示t时刻服务提供商本地存储的流媒体资源，Qj(t)表示t时刻服务提供商的收益，Rj(t)为根据所述服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)和辅助变量aj(t)构造的虚拟队列；
基于所述队列Ω(t)＝[Hj(t),Qj(t),Rj(t)]，利用李雅谱诺夫稳定性理论确定所述流媒体资源传输系统的李雅谱诺夫条件漂移；
根据所述第一目标函数和李雅谱诺夫条件漂移构造所述流媒体资源的动态调度模型。
3.根据权利要求2所述的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，所述根据服务提供商从运营商处实时购买的流媒体资源Aj(t)确定流媒体资源传输系统的系统功效Φ(Aj(t))，并引入辅助变量aj(t)，对所述系统功效Φ(Aj(t))进行简化，具体为：
设运营商可提供的流媒体资源数量为Cj(t)，服务提供商从运营商购买的流媒体资源Aj(t)，满足0≤Aj(t)≤Cj(t)，则系统功效表示为：
Figure FDA0002434011340000021
引入辅助变量aj(t)且满足0≤aj(t)≤Aj(t)，将上述系统功效的计算公式转换为：
Figure FDA0002434011340000022
其中，β为实数，j为服务提供商的编号，N为服务提供商的个数。
4.根据权利要求3所述的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，其特征在于，所述第一目标函数具体为：
Θ(t)＝Φ(aj(t))-δUj(t)-εTj(t)
其中，δ和ε代表两个不同的实数，用于实现系统功效、传输延迟及服务提供商利润三者之间的权衡。
5.根据权利要求4所述的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，其特征在于，所述用于判别所述流媒体资源传输系统的稳定性的队列具体表示为：
Hj(t+1)＝max[Hj(t)-Dj(t),0]+Aj(t)
Qj(t+1)＝max[Qj(t)-Wj(t),0]+Pj(t)
Rj(t+1)＝max[Rj(t)-Aj(t),0]+aj(t)
其中，0≤Dj(t)≤Aj(t)，Hj(t+1)表示t+1时刻服务提供商本地存储的流媒体资源；0≤Pj(t)≤Wj(t)，Qj(t+1)表示t+1时刻服务提供商的收益；Rj(t+1)表示t+1时刻的虚拟队列。
6.根据权利要求5所述的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，其特征在于，所述流媒体资源传输系统的李雅谱诺夫条件漂移，具体为：
Figure FDA0002434011340000031
其中，符号Ε代表取均值。
7.根据权利要求6所述的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，其特征在于，所述流媒体资源的动态调度模型，具体为：
Figure FDA0002434011340000032
其中，V为惩罚因子且满足V≥0，Cmax表示运营商可提供的最大资源数量，(Aj)max表示Aj(t)的最大值，(Wj)max表示Wj(t)的最大值。
8.根据权利要求7所述的5G网络环境下的流媒体资源动态调度方法，其特征在于，对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商从运营商处购买的流媒体资源数量和分配给用户的流媒体资源数量，具体包括：
将所述流媒体资源的动态调度模型转换为接入控制目标函数、传输控制目标函数和购买控制目标函数；
基于所述控制目标函数、传输控制目标函数和购买控制目标函数，循环执行以下步骤：
根据队列Rj(t)、惩罚因子V和参数β计算获得辅助变量aj(t)的值，并根据aj(t)计算获得系统功效SE；
根据队列Hj(t)、Qj(t)，用户购买流媒体资源支给服务提供商的单价e，参数δ和惩罚因子V计算获得服务提供商传输给用户的流媒体资源Dj(t)，由Dj(t)计算获得传输延迟Tj(t)；
根据队列Qj(t)，服务提供商购买流媒体资源支给运营商的单价u，参数δ和惩罚因子V计算获得服务提供商的支出Pj(t)，并根据服务提供商的支出Pj(t)计算获得服务提供商的利润Uj(t)；
更新所述队列Hj(t)，Qj(t)，Rj(t)。
9.一种5G网络环境下的流媒体资源动态调度装置，其特征在于，包括：
构建模块，用于以服务提供商的利润最大为目标，并结合流媒体资源传输系统的系统功效、传输延迟和稳定性，构建流媒体资源的动态调度模型；
求解模块，用于对所述流媒体资源的动态调度模型进行求解，获得实现最优调度时服务提供商实时从运营商处购买的流媒体资源和分配给用户的流媒体资源。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项5G网络环境下的流媒体资源动态调度装置方法的步骤。
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