Page 275 - 《软件学报》2020年第12期

吴红海 等:一种多用户协作博弈的视频机会传输路由算法 3941

D2D 无线通信 视频需求信息传输 辅助信息传输
基于移动互联网的 基于D2D机会通信的 Wi-Fi或移动
视频投递 视频数据投递 蜂窝网基站

互联网

3 管理平台 2
平
台
侧
负责用户、账户和任务等管理

4 1
5
用 视频 视频
户 发送 请求
侧 用户 用户
5

Fig.2 System model of video data offloading through mobile opportunistc transmission
图 2 视频数据通过机会传输实现流量卸载

2.2 问题建模

视频数据卸载的本质就是通过移动机会网络进行数据传输,从而使得移动数据流量绕过传统的无线蜂窝
网络,因此,要解决的根本问题是设计能够满足下述要求的高效视频机会路由算法:(1) 使得视频重建质量最大
化;(2) 使得视频传输代价最小化;(3) 适用于多用户相遇的场景.为了对该问题进行建模,首先给出如下定义.
定义 1(边缘质量增益). 对于一个在网络中进行投递的视频数据包,如果其被目的节点成功接收,则会对视
频重建质量产生一定的贡献.我们把该贡献称之为该视频数据包的期望边缘质量增益,用 MQG(marginal quality
gain)进行表示.
假设 N 个节点在时刻 t 相遇,这些节点共携带 M 个不同的视频数据包,而这些视频数据包分别属于 X 个不
同的视频段.如果用二进制数δ对节点是否携带数据包进行标示,则对任意节点 n(n∈{1,2,…,N}),可以用向量
β n =(δ n,1 ,δ n,2 ,…,δ n,M )标示其携带的视频数据包,向量β=(β 1 ,β 2 ,…,β N )标示 M 个视频数据包在这 N 个节点上的分布
情况.我们的目标是:最大化视频数据的重建质量,同时尽可能地降低视频传输代价.因此,要解决的问题可以描
述为:当节点相遇时,最大化每个节点对视频重建质量的贡献,而尽可能地降低视频数据包复制的次数.该问题
可以建模如下:
N M
β * argmax ∑∑ (δ ← , nm × MQG , n m − δ ′ × , nm MQG′ , nm ) (1)
n= 1 m= 1
其中, MQG′ 和 MQG n,m 分别表示数据传输前后,节点 n 携带的视频数据包 m 的质量边缘增益; δ′ 和δ n,m 分别
, nm
, nm
*
标示数据交换前后,节点 n 是否携带数据包 m;β 表示最优的向量β,其属于向量空间(β 1 ×β 2 ×…×β N ).这样,根据最
*
优的分布向量β ,相遇的节点不仅知道数据包应该被转发还是被复制,同时还知道数据包被转发或复制的对象.