一种无线局域网中保障视频流业务QoE的两级资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其是一种两级资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能手机、平板电脑等便携设备的发展和普及，人们越来越希望使用便携设 备通过无线局域网WLAN(WirelessLocalAreaNetwork)访问视频网站下载并观看视频流 业务。目前，基于超文本传输协议HTTP(HyperTextTransferProtocol)的视频流技术已 经成为主流视频网站采用的主要视频技术，基于HTTP视频流技术，用户只需要下载部分视 频数据到缓冲区，即可以实现视频流业务的边下载边播放。用户体验质量Q〇E(Qualityof Experience)被定义为用户对于某个应用或服务的喜悦或厌烦的程度，是决定视频业务成 功与否的重要因素。对于HTTP视频流业务来说，视频播放过程中的播放停顿事件是影响 Q〇E的最关键因素，一旦播放器缓冲区的视频数据被播放器读空，播放停顿事件就会发生。 在WLAN中，由于存在多用户竞争等问题，HTTP视频流业务的QoE受到了严重的影响。
[0003] 目前在WLAN中保障HTTP视频流业务QoE的方法主要是自适应码率调整机制，其 基本思想为：在视频服务器上，每个视频文件被分割为若干个视频片，每个视频片被编码为 多个不同码率的目标文件。WLAN中的视频用户实时地检查自己获得的网络带宽，并根据网 络带宽动态地选择相应视频码率的视频编码文件片进行下载。该【背景技术】是一种对网络被 动适应的应用层调整机制，然而，在大用户数的WLAN中，由于各视频用户的总下载速率受 到WLAN中接入点AP(AccessPoint)的下行吞吐量的限制，而AP的下行吞吐量受到上行背 景业务用户的影响，每个视频用户获得的下载速率可能会小于视频编码文件片的最低视频 码率，进而导致下载的视频文件的速率无法满足视频播放速率的需求，并导致播放停顿事 件并严重的影响视频流业务的QoE。
[0004] 因此，本发明提出了一种基于两级资源分配的QoE保障算法，该方法通过动态调 整AP和上行背景业务用户之间的资源分配以及视频用户之间的资源分配，来保障视频流 业务的QoE。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明通过两级资源分配算法在WLAN大用户场景下 保障视频流业务的QoE。
[0006] 本发明方案的两级资源分配算法具体是指：第一级资源分配算法，即通过调整AP 和背景业务用户的最小竞争窗实现在AP和背景业务用户之间的资源分配；第二级资源分 配算法，即通过对视频用户进行优先级区分实现视频用户之间的资源分配。通过两级资源 分配算法，可以避免在视频用户观看视频过程中播放停顿事件的发生，进而保障视频流业 务的QoE。
[0007] 在本发明中，视频流业务的QoE使用播放流畅度参数进行评估，播放流畅度定义 为：视频流业务的有效播放时间与视频流业务的全部观看时间之比，其中视频流业务的全 部观看时间包括初始缓冲时间，视频有效播放时间以及播放停顿时间。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009] 步骤1 :视频用户通过访问视频网站下载媒体演示描述MPD(MediaPresentation Description)文件，从其中提取待观看视频文件的平均码率参数，并将该参数通过WLAN中 的管理帧，将ADDTS(Addtrafficstream)帧发送给接入点AP(AccessPoint)，转入步骤 2 ；
[0010] 步骤2 :AP接收每个视频用户通过管理帧发送的视频文件平均码率参数，将其存 入链表，并为每个视频用户建立一个视频数据缓冲队列，然后开始从视频服务器中下载的 视频数据到相应的视频数据缓冲队列，转入步骤3 ;
[0011] 步骤3 :-旦AP检测到视频数据缓冲队列中存在视频数据，则AP启动信道竞争并 从[0,CW]中随机选择一个整数作为退避计数值，其中CW(ContentionWindow)为AP的最 小竞争窗，转入步骤4 ;
[0012] 步骤4 :AP根据IEEE802. 11协议规定的退避机制开始执行退避过程，退避结束后， 转入步骤5 ;
[0013] 步骤5 :AP根据视频用户的缓冲区状态信息、播放器状态信息和平均码率信息计 算各视频用户的期望下载速率，其中缓冲区状态信息即缓冲区视频数据的可播放时间，播 放器状态信息即播放器是处于播放状态还是暂停状态，如果视频用户未处于播放状态，则 其期望下载速率等于平均码率，否则，为了避免播放缓冲区变空而出现播放停顿事件，APS 置视频用户的期望下载速率为视频流的平均码率* (缓冲区状态/缓冲区目标值），其中缓 冲区目标值可根据网络中的视频用户数动态调整，也可以设置为定值，一般设置为播放器 缓冲区最大缓冲视频时间的1/2,之后转入步骤6 ;
[0014] 步骤6 :AP执行第二级资源分配算法，即首先计算每个视频用户的优先级P，， 疔/妒，1彡i彡n，其中ai是一个大于〇的可调节参数，该参数可以根据网络中的 视频用户数动态调整，也可以设置为定值，辦为视频用户已经获得的视频数据量与其所期 望下载的视频数据量之差，rik为视频用户的平均下载速率，然后提取优先级最高的视频用 户所对应的视频缓冲队列的分组作为待发数据分组，如果有两个或两个以上的视频用户的 优先级均为最高值，则在其中随机选取一个视频用户，转入步骤7 ;
[0015] 步骤7 :AP执行第一级资源分配算法，即AP将所有视频用户的期望下载速率之和 作为AP下行吞吐量需求，并根据该下行吞吐量需求以及网络中的背景业务用户数计算出 相应的AP的最小竞争窗％丨和背景业务用户的最小竞争窗^:;
[0018] 其中4和敗分别为AP和上行背景业务用户的冲突概率，％和蟓分别为AP和
[0016]
[0017] 上行背景业务用户的发送概率，m_ap和m_sta分别为AP和背景业务用户的退避阶数，得到 相应的％和后转入步骤8 ;
[0019] 步骤8 :AP将背景业务用户的最小竞争窗放入到待发的视频分组的帧头中，并发 送给相对应的视频用户，转入步骤9 ;
[0020] 步骤9 :视频用户和背景业务用户监听到视频分组后进行如下处理：
[0021] (1)视频用户检查视频分组目的地址，如果目的地址不是自己则直接丢弃该视频 分组，否则将视频分组放入视频播放区的缓冲区内，然后读取当前播放器缓冲区状态以及 播放器状态信息，并通过MAC层的ACK分组将这两个状态信息反馈给AP;
[0022] (2)背景业务用户从视频分组帧头中提取背景业务用户最小竞争窗参数信息，并 更新自己的最小竞争窗参数后，转入步骤10 ;
[0023] 步骤10 :AP接收到视频节点的ACK后，提取该视频用户的缓冲区状态信息以及播 放器状态信息，并连同接收到该信息的时刻一起存储到链表，如果有至少一个视频数据缓 冲队列存在待发视频分组，则AP根据步骤7计算出的新的AP最小竞争窗选择一个新的退 避计数值，并转入步骤4,否则，AP进入空闲状态。
[0024] 本发明的有益效果由于采用了第一级资源分配算法保障了AP获得的下行吞吐量 可以满足所有视频用户的下载速率要求，同时通过第二级资源分配算法保障了优先级最高 的视频用户可以最快地得到视频数据，从而避免了WLAN中视频用户在观看HTTP视频流业 务过程中的播放停顿事件，保障了视频流业务的Q〇E。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的网络应用场景。其中AP为接入点AP(AccessPoint)。
[0026] 图2是本发明的MAC层数据分组的帧结构示意图。
[0027] 图3是本发明的MAC层ACK分组的帧结构示意图。
[0028] 图4是视频用户的QoE的平均值随着上行背景业务用户数变化的情况。
[0029] 图5是视频用户的QoE的标准差随着上行背景业务用户数变化的情况。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0031] 本发明主要是一种在AP上执行的资源分配算法，下面结合实例对本发明的实现 进行详细的说明。
[0032] AP通过结构体链表Video_info维护每个视频用户的相关信息，其中每个结构体 的主要变量包括：
[0033] addr:该变量用于视频用户的地址，该地址全网唯一；
[0034] average_bitrate:该变量用于存储该视频用户数据所下载视频的平均码率；
[0035] buffer_state:该变量用于存储视频用户最近一次通过ACK帧反馈的缓冲区状态 信息；
[0036] play_state:该变量用于存储用户最近一次通过ACK帧反馈的播放状态信息；
[0037] buffer_time:该变量用于记录视频用户最近一次反馈ACK帧的时间；
[0038] expected_do