阅读说明：本技术 一种基于多小区簇的网络辅助视频流媒体传输优化方法 (Network-assisted video streaming media transmission optimization method based on multi-cell cluster ) 是由 刘奕彤 何伟 沈玉博 杨鸿文 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于多小区簇的网络辅助视频流媒体传输优化方法,该方法包括：在视频播放客户端选择下一个视频片段码率之前进行多小区簇网络带宽承载能力估计过程,估计过程使用用户所在当前小区中的位置和速度进行估计,给定待优化时间长度,估计用户在该段时间内将要穿越的小区数目,通过收集用户将要穿越的小区内无线链路状态或网络容量,按照一定计算方式,得到多小区簇在未来这段时间内的平均网络带宽承载能力估计,视频播放客户端根据该估计给出下一个视频片段码率选择。(The invention discloses a network-assisted video streaming media transmission optimization method based on a multi-cell cluster, which comprises the following steps: the method comprises the steps of carrying out a multi-cell cluster network bandwidth bearing capacity estimation process before a video playing client selects the next video segment code rate, estimating by using the position and the speed of a current cell where a user is located in the estimation process, giving the length of time to be optimized, estimating the number of cells to be crossed by the user in the period of time, obtaining the average network bandwidth bearing capacity estimation of the multi-cell cluster in the period of time in the future by collecting the wireless link state or the network capacity in the cells to be crossed by the user according to a certain calculation mode, and giving the next video segment code rate selection by the video playing client according to the estimation.)

一种基于多小区簇的网络辅助视频流媒体传输优化方法

技术领域

本发明涉及无线网络中的多媒体传输技术领域，尤其针对在高速移动的视频用户，借助网络辅助，基于网络底层信息优化视频流媒体的播放过程。

技术背景

无线网络的性能提升，使得在线多媒体业务越来越常见，相当大比例的视频观看场景都发生在高速移动的情况下，例如高铁、地铁上观看视频直播、短视频点播等。视频在高速移动用户端上的流畅、清晰播放视频业务成为需求。

问题是：用户在较短时间内迅速穿过了多个小区，在每个小区中经历了迅速的信号强度变化，并且迅速穿过了多个负载完全不同的小区。反过来，承载这些高速用户的基站，例如地铁沿线的基站，因为用户的高速移动，其负载能力也在迅速变化。所以，在这种场景下，即便单个小区的无线链路状况较优，负载也不高，用户仍然不能收看到清晰流畅的视频流媒体业务。

目前现状：无线网络的拥有者，例如运营商或无线局域网接入的所有者，对这个问题的解决只能优化、提升无线网络的能力，比如提升用户带宽、网速、降低网络传输时延等；另一方面，很多视频播放网站或客户端都使用自适应流媒体传输，依赖可调节的画面编码自适应网络带宽的波动。而这些视频播放网站对以上提出的高速移动用户端上的视频播放问题的解决只能依赖于业务层的优化手段，比如，预先进行更长时间的缓存，降低带宽估计的时间窗口、增加自适应流媒体的码片长度等方法。

传统的自适应流媒体技术及协议，例如DASH、HLS等，并不能很好地应对用户高速穿过多个小区的场景。它们通过估计过去一段时间内的网络带宽，来预测下一段时间内的网络状况，并根据预测的网络状况选择相应的视频码率进行下载。比如在优酷的带宽估计算法中，根据过去一段时间内应用层得到的视频片段大小以及视频片段下载时间估计未来一段时间内网络的带宽承载能力。这种方式在用户低速穿过小区时有效果，因为在一个视频片段的下载时间里用户仍然在该小区内或只穿过了一个小区，底层信道状况变化缓慢并且有规律，用过去的网络带宽值预测未来的网络带宽是可行的。但在用户高速穿过多个小区的场景中这种带宽估计方法并不适用，因为在一个视频片段的下载时间里，用户可能已经穿过了多个小区，过去一段时间内的带宽平均值与未来用户将要穿越的多个小区的信道状况关联性并不大，用它来预测未来一段时间内的信道状况非常不准确，造成网络带宽资源的浪费或者产生糟糕的视频卡顿，极大降低用户的观看体验。

发明内容

本发明提供在用户高速穿过多个小区的场景下，通过多小区网络承载能力估计过程选择下一个视频片段码率。大大提高了视频播放客户端对网络带宽估计的准确度，减少了由错误估计网络带宽带来的视频卡顿。其主要原理在于：对用户所在当前小区中的位置和速度进行估计，给定待优化时间长度，预估用户在该段时间内将要穿越的小区数目，上层网络单元通过收集用户将要穿越的小区内无线链路状况估计这些小区的网络带宽承载能力，计算多个小区在未来这段时间内的平均网络带宽承载能力。与现有机制不同点在于，本发明利用网络辅助的方式，充分利用用户将要穿越的每个小区的网络带宽承载能力。

本发明的具体步骤包括小区数量和时间计算、多小区网络承载能力估计及码率选择三部分：

1)小区数量和时间计算

首先收集用户所在当前小区中的位置(x,y)和速度v，根据小区在地图上的分布以及和小区范围，给定待优化时间长度T，预估用户在时间T内将要穿越的小区数目N，以及用户在每个小区中经过的时间tn。

2)多小区网络承载能力估计

计算出用户将要穿越的小区数目N以及用户在每个小区中经过的时间tn后，上层网络单元收集这些小区内的网络容量l n，估计这些小区的网络带宽承载能力Bn。按照用户在每个小区中经过的时间为权重，计算得到多个小区在未来一段时间内的平均网络带宽承载能力估计B。

3)码率选择

在完成之前的多小区网络承载能力估计B后，视频播放客户端开始下一个视频片段码率R的选择，首先比较多小区平均网络带宽承载能力估计B与服务器存储的各个视频码率等级(R1,R2,……,Rm)，然后收集缓冲区长度BS，根据比较结果和BS选择合适的下一个视频片段码率R。

当下一个视频片段下载完成后，继续重复以上三个过程。

附图说明

图1为本发明的场景示意图

图2为本发明的方法流程示意图

具体实施方式

根据本发明提出的机制，假设有10个小区分别为小区A、小区B、……、节点J在用户将要经过的路径上。每个小区内存在一定数目的接入用户。在某一时刻，用户在小区A的某个位置(x,y)，其速度为v。给定一段时间长度为服务内存储的视频片段长度T，计算出用户将在时间T穿过4个小区，其中穿过小区A的时间为t1，穿过小区B的时间为t2，穿过小区C的时间为t3，穿过小区D的时间为t4。

上层网络单元收集得到小区A、B、C、D内的网络容量为l 1,l 2,l 3,l4，估计这四个小区的网络带宽承载能力B1,B2,B3,B4。按照用户在四个小区中经过的时间t1,t2,t3,t4为权重对各小区的网络带宽承载能力B1,B2,B3,B4进行计算，得到四个小区在未来一段时间内的平均网络带宽承载能力估计B。

在上层网络单元完成四个小区的平均网络承载能力估计后，视频播放客户端开始下一个视频片段码率R的选择，首先比较平均网络带宽承载能力估计B与服务器存储的各个视频码率等级(R1,R2,……,Rm)，然后收集缓冲区长度BS，根据比较结果和BS选择合适的下一个视频片段码率R。下一个视频片段下载完成后，继续重复以上三个过程。