本发明涉及无线通信
技术领域：
，特别是指一种针对DASH视频组播业务的用户分组方法及装置。
背景技术：
：随着视频业务用户数量的飞速增长，用户之间信道质量的差异性对视频质量的影响也逐渐增大。HTTP动态自适应流媒体(DASH，DynamicAdaptiveStreamingoverHTTP)协议是一种能够自适应调节视频码率的视频传输协议，能够根据用户的信道状态自动更新视频质量等级。DASH业务多用于单播场景，但是近年来网络直播业务火爆，大量用户往往会同时请求同一视频内容。此时若仍采用单播传输模式，会浪费大量的带宽资源，网络的总吞吐量较低。在DASH组播传输模式中，请求相同视频内容且选择同一码率的用户共用一份带宽资源，可以大大增加网络可以同时服务的用户数。但是资源是基于组内信道质量最差的用户来分配的，组内所有用户的视频质量会受到信道质量最差用户的制约，信道质量好的用户也只能接收到较低码率的视频，在视频质量上势必有所牺牲。因此，如何为DASH视频组播业务设计适用的组播分组方案及如何在接收视频质量和带宽利用率之间求得一个最佳平衡点，成为了亟待解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提出一种针对DASH视频组播业务的用户分组方法及装置，解决了DASH视频组播业务中视频质量和带宽利用率之间的平衡问题。基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种针对DASH视频组播业务的用户分组方法，包括：根据采集得到的待分组用户的信道质量信息，计算得到簇划分距离阈值；选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量；通过聚类算法，按照所述用户分组数量以及采集得到的信道质量信息，完成用户分组。本发明实施例的第二方面，提供了一种针对DASH视频组播业务的用户分组装置，包括：距离阈值计算模块，用于根据采集得到的待分组用户的信道质量信息，计算得到簇划分距离阈值；分组数量选取模块，用于选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量；分组模块，用于通过聚类算法，按照所述用户分组数量以及采集得到的信道质量信息，完成用户分组。从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种针对DASH视频组播业务的用户分组方法及装置，通过选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量，并根据该选取的用户分组数量对待分组用户通过聚类算法进行分组，可以保证在消耗相同带宽资源的前提下，获取较高的吞吐量。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。图1为本发明提供的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的一个实施例的流程示意图；图2为本发明提供的针对DASH视频组播业务的用户分组装置的一个实施例的模块结构示意图；图3为本发明实施例提出的DASH视频组播业务系统构架的结构示意图；图4为本发明实施例提供的用户分组方法的组播分组方案、现有技术的单播方案及现有技术的用户随机分组方案的吞吐量CDF(累积分布函数，cumulativedistributionfunction)曲线；图5为采用本发明实施例提供的用户分组方法的组播分组方案、现有技术的单播方案及现有技术的用户随机分组方案的中断次数CDF曲线；图6为采用本发明实施例提供的用户分组方法的组播分组方案、现有技术的单播方案及现有技术的用户随机分组方案的中断时长CDF曲线；图7为采用本发明实施例提供的用户分组方法的组播分组方案、现有技术的单播方案及现有技术的用户随机分组方案的初始时延CDF曲线；图8为采用固定分组方案时的不同用户分组数量下的吞吐量CDF曲线。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。本发明实施例考虑面向DASH视频组播业务的传输方案设计，其中如何对用户进行分组，改进现有的分组方案是本发明实施例的关注点。对于视频业务的组播，前人已提出一些用户分组方案，但大部分是关于单播与组播两种模式的切换，用户只能在两种传输模式之间进行选择。而对于DASH视频组播业务来说，一个组播组内的用户不仅请求的视频内容相同，选择的视频码率也必须相同。因此选择同一视频内容的用户如果请求的视频码率不同，也需要归属到不同的组播组中去，此时就还涉及到了对于组播组的选择。总的来说，用户分组策略是面向DASH的视频组播分组方案设计的核心，其中需要考虑两个关键问题：第一，每个用户按照什么准则来选择码率/组播组；第二，请求同一视频内容的所有用户应该分成多少个组播组，即针对同一视频内容实际需要提供多少种码率。通过对以上两个问题的求解，能够在给定带宽条件下实现最大吞吐量。本发明为DASH视频组播业务提供了一种用户分组方案。首先，根据用户的信道质量进行聚类来划分组播组，将信道质量接近的用户分在一个组内，尽量减小组内用户信道质量的差异。其次，本发明提出了一种适用于DASH视频组播场景的自动确定分组数量的方法，其中不严格区分单播和组播用户，而是把单播当成组播的一个特例。所提的组播用户分组方案能够在相同带宽消耗下提高网络吞吐量，减小中断次数和中断时长，改善用户体验。基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提供了一种能够解决DASH视频组播业务中视频质量和带宽利用率之间的平衡问题的针对DASH视频组播业务的用户分组方法。如图1所示，为本发明提供的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的一个实施例的流程示意图。如图1所示，所述针对DASH视频组播业务的用户分组方法，可选的，采用k-means聚类算法来进行分组，具体包括两部分：第一部分，自动确定k-means聚类算法中的k，即用户分组数量。k-means聚类算法的运行条件是聚类个数k已知，因此k值的大小需要预先确定。对于DASH视频组播业务而言，随着组播组数量的增多，组内用户信道质量的差异性会降低，信道条件好的用户可以获得更高的视频码率，有助于改善用户体验。但是另一方面，组播组数增多又会增加总的带宽资源消耗，降低频谱效率。因此，本发明提出一种自动确定用户分组数量k的算法，使这两方面能达到一个最佳的平衡点。第一部分具体可包括以下步骤：步骤101：根据采集得到的待分组用户的信道质量信息(可选为信干噪比(SINR，SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)作为用户的信道质量信息的原始数据)，计算得到簇划分距离阈值；其中，所述信道质量信息可通过基站端采集相应用户的数据而得到，采集的SINR值记为S＝{s1,s2,…,sn}，其中n为小区内请求相同视频内容的用户总数。具体地，所述根据采集得到的信道质量信息，计算得到簇划分距离阈值的步骤101，还可以进一步包括以下步骤：步骤1011：令待分组用户数量为n，计算采集得到的每个用户的信道质量信息(可选为用户SINR值)的两两差值，得到一个n×n维的矩阵：Dn×n＝d(si,sj)i,j＝1,2,…,n其中，d(si,sj)表示两个用户的信道质量信息之间的差值，si、sj分别为第i个、第j个用户的信道质量信息；步骤1012：计算得到平均差值，因为d(si,si)＝0，在计算平均差值时需要去除每行的0值，得到如下平均差值：步骤1013：得到簇划分距离阈值：其中，minDn×n表示距离矩阵Dn×n的最小值。步骤102：选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量。具体地，用带有终止条件的遍历算法来确定k值。因此，可选的，所述选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量的步骤102，还可进一步包括以下步骤：步骤1021：选取初始分组数；一般来说，簇的划分类数不应太过大于待分组用户数量的平方根因此，所述选取初始分组数，可包括以下步骤：获取待分组用户数量；计算所述待分组用户数量的平方根并对所述平方根进行上取整，得到所述初始分组数，即，取k的初值[·]+表示上取整。先将信道质量信息的原始数据S＝{s1,s2,…,sn}用k-means聚类算法分成k类，计算出每一类的聚类中心μi(i＝1,2,…,k)，再计算两两聚类中心的差值Δμ＝|μi-μj|(i,j＝1,2,…,k)。最后，判断最大聚类中心差值是否小于簇划分距离，即以下条件是否成立：步骤1022：若基于所述初始分组数，采用聚类算法计算得到的最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值，将所述初始分组数作为所述用户分组数量；步骤1023：若所述最大聚类中心差值不小于所述簇划分距离阈值，则基于小于所述初始分组数的新分组数(这里，所述新分组数可以采用将k减少1的取值，即k＝k-1)，以新的k为分组个数，再进行k-means聚类，并采用聚类算法计算得到新的最大聚类中心差值，再次进行上述判断，直至新的最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值或新分组数为1(即k＝1)，循环终止，并将最新一次的分组数作为所述用户分组数量。第二部分，采用聚类算法对小区内请求相同视频内容的用户进行分组，具体包括以下步骤：步骤103：通过聚类算法，按照所述用户分组数量以及采集得到的信道质量信息，完成用户分组；可选的，所述聚类算法为k-means聚类算法。在分组时，以采集到的用户SINR值为样本数据，对请求相同视频内容的所有用户进行组播分组，分到一个组播组内的用户将采用相同的视频码率。通常，为了保证组内所有用户都能正常观看视频，带宽资源是以组内信道质量最差的用户为基准分配的。因此，若组内用户的信道质量相差过大，那么原本信道条件好、可以接受更高视频质量的用户只能选择较低的视频码率，这会大大降低用户的观影体验。因此，本发明实施例提出的分组准则是尽量将信道质量相近的用户划分为一组，缩小同一组内的用户信道质量差异。这里，采用k-means聚类算法，以用户的SINR(信干噪比)为原始数据进行聚类。因此，所述通过聚类算法，按照所述用户分组数量以及采集得到的信道质量信息，完成用户分组的步骤103，还可进一步包括以下步骤：步骤1031：令所述用户分组数量为k，将采集得到的信道质量信息划分为k个类，记为G＝{G1,G2,…,Gk}，其中Gk中包含划分到第k类的所有数据；步骤1032：k-means的聚类目标是选取能使以下代价函数最小化的分组方案(即，将哪些用户的信道质量信息分到同一个类中)：其中，μi是Gi类中的信道质量信息的均值，也是聚类中心，sj为第j个用户的信道质量信息；步骤1033：根据所述分组方案，将待分组用户分成k类，每一类作为一个组播组，进行DASH视频业务组播传输。从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的针对DASH视频组播业务的用户分组方法，通过选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量，并根据该选取的用户分组数量对待分组用户通过聚类算法进行分组，可以保证在消耗相同带宽资源的前提下，获取较高的吞吐量。需要说明的是，上述实施例具体采用了k-means聚类算法进行分组，本领域技术人员基于本领域常识可以根据该概念选择其他类似的聚类算法进行分组，也能得到基本相同的效果，因此，不宜将本发明的保护范围限定在上述实施例中的特定聚类算法之上。基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，还提供了一种能够解决DASH视频组播业务中视频质量和带宽利用率之间的平衡问题的针对DASH视频组播业务的用户分组装置。如图2所示，为本发明提供的针对DASH视频组播业务的用户分组装置的一个实施例的模块结构示意图。所述针对DASH视频组播业务的用户分组装置，包括：距离阈值计算模块201，用于根据采集得到的待分组用户的信道质量信息(可选为信干噪比(SINR，SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)作为用户的信道质量信息的原始数据)，计算得到簇划分距离阈值；其中，所述信道质量信息可通过基站端采集相应用户的数据而得到，采集的SINR值记为S＝{s1,s2,…,sn}，其中n为小区内请求相同视频内容的用户总数。可选的，所述距离阈值计算模块201，还可具体用于：令待分组用户数量为n，计算采集得到的每个用户的信道质量信息的两两差值，得到一个n×n维的矩阵：Dn×n＝d(si,sj)i,j＝1,2,…,n其中，d(si,sj)表示两个用户的信道质量信息之间的差值，si、sj分别为第i个、第j个用户的信道质量信息；计算得到平均差值：得到簇划分距离阈值：其中，minDn×n表示距离矩阵Dn×n的最小值。分组数量选取模块202，用于选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量；可选的，用带有终止条件的遍历算法来确定k值，所述分组数量选取模块202，还可具体用于：选取初始分组数；其中，所述选取初始分组数还具体包括：获取待分组用户数量；计算所述待分组用户数量的平方根并对所述平方根进行上取整，得到所述初始分组数，即，取k的初值[·]+表示上取整；先将信道质量信息的原始数据S＝{s1,s2,…,sn}用k-means聚类算法分成k类，计算出每一类的聚类中心μi(i＝1,2,…,k)，再计算两两聚类中心的差值Δμ＝|μi-μj|(i,j＝1,2,…,k)。最后，判断最大聚类中心差值是否小于簇划分距离，即以下条件是否成立：若基于所述初始分组数，采用聚类算法计算得到的最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值，将所述初始分组数作为所述用户分组数量；若所述最大聚类中心差值不小于所述簇划分距离阈值，则基于小于所述初始分组数的新分组数(这里，所述新分组数可以采用将k减少1的取值，即k＝k-1)，以新的k为分组个数，再进行k-means聚类，并采用聚类算法计算得到新的最大聚类中心差值，直至新的最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值或新分组数为1(即k＝1)，并将最新一次的分组数作为所述用户分组数量。分组模块203，用于通过聚类算法，按照所述用户分组数量以及采集得到的信道质量信息，完成用户分组。在分组时，以采集到的用户SINR值为样本数据，对请求相同视频内容的所有用户进行组播分组，分到一个组播组内的用户将采用相同的视频码率。通常，为了保证组内所有用户都能正常观看视频，带宽资源是以组内信道质量最差的用户为基准分配的。因此，若组内用户的信道质量相差过大，那么原本信道条件好、可以接受更高视频质量的用户只能选择较低的视频码率，这会大大降低用户的观影体验。因此，本发明实施例提出的分组准则是尽量将信道质量相近的用户划分为一组，缩小同一组内的用户信道质量差异。可选的，采用k-means聚类算法，以用户的SINR(信干噪比)为原始数据进行聚类；所述分组模块203，具体用于：令所述用户分组数量为k，将采集得到的信道质量信息划分为k个类，记为G＝{G1,G2,…,Gk}，其中Gk中包含划分到第k类的所有数据；选取能使以下代价函数最小化的分组方案：其中，μi是Gi类中的信道质量信息的均值，也是聚类中心，sj为第j个用户的信道质量信息；根据所述分组方案，将待分组用户分成k类，每一类作为一个组播组，进行DASH视频业务组播传输。从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的针对DASH视频组播业务的用户分组装置，通过选取满足最大聚类中心差值小于所述簇划分距离阈值的分组数作为用户分组数量，并根据该选取的用户分组数量对待分组用户通过聚类算法进行分组，可以保证在消耗相同带宽资源的前提下，获取较高的吞吐量。需要说明的是，上述实施例具体采用了k-means聚类算法进行分组，本领域技术人员基于本领域常识可以根据该概念选择其他类似的聚类算法进行分组，也能得到基本相同的效果，因此，不宜将本发明的保护范围限定在上述实施例中的特定聚类算法之上。本发明实施例的第三个方面，提供了一种采用上述针对DASH视频组播业务的用户分组方法的DASH视频组播系统构架。如图3所示，为本发明实施例提供的DASH视频组播系统构架的结构示意图。所述DASH视频组播系统构架分为三个基本模块：DASH视频源服务器，多媒体多播广播服务中心和组播用户。1)DASH视频源服务器负责产生原始视频流，并根据DASH协议将源视频编码为不同码率的视频版本。2)多媒体多播广播服务中心首先收集用户反馈的信道质量信息，在本发明实施例中使用SINR作为用户信道质量信息。然后，通过分组子模块(其可为上述的针对DASH视频组播业务的用户分组装置的任意实施例，采用的是上述任意方法实施例中的针对DASH视频组播业务的用户分组方法)对用户进行组播分组，并将分组信息传送给多媒体多播广播服务中心。最后，多媒体多播广播服务中心根据分组信息及用户视频质量反馈信息从视频源服务器中选择合适的码率版本，将其传输给组播用户。3)组播用户负责反馈自己的信道质量信息及视频质量信息给多媒体多播广播服务中心，以便多媒体多播广播服务中心进行用户分组。此外，基于本发明实施例的技术方案进行了仿真实验。本发明实施例采用LTE系统级仿真平台。LTE作为广泛使用的无线蜂窝技术，采用正交频分复用空口技术，能够为DASH视频组播业务提供较高的数据传输速率，并支持1.4MHz到20MHz的系统带宽，具有较高的带宽灵活性。设定20个用户随机分布在整个小区内，信道损耗包括宏观路径损耗、阴影衰落和小尺度衰落，信号载频为2GHz，系统带宽约5MHz，子帧持续时间为1ms，仿真持续时间为50s。为了方便表示，将采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案，简记为DASH组播公平(DMF)方案。根据仿真显示，采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案最终将20个用户分为了3组，见下表1。表1本发明实施例提出的组播分组方案的分组结果用户所在的组用户所在的组121122112131132421435115262161731738118291192102202仿真将采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案与传统的基于比例公平(PF)调度算法的单播方案进行了对比，结果表明采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案比传统单播方案的吞吐量提高了8倍(参见图4)。同时，仿真还将采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案与随机分组(RAND)方案进行了对比。结果表明，在相同的最佳分组个数k的条件下，采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案比传统单播方案的吞吐量提高了2倍(参见图4)。此外，仿真还将视频用户的其他指标如中断次数、中断时长和初始时延在三种情况下进行了对比，参见图5～图7。结果表明，采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案在这三个指标上都是最佳的。最后，为了证明本发明实施例提出的自动确定用户分组数量k的算法的有效性，将采用本发明实施例提出的针对DASH视频组播业务的用户分组方法的组播分组方案与固定分组方案进行了对比，参见附图8和下表2。将组播个数设为1，2，3，4，5分别仿真，结果表明，在分组个数k＝3时够获得最高的吞吐量，恰好是本发明提出的组播分组方案所确定的最佳分组个数。表2采用固定分组方案的不同用户分组数量下的总吞吐量统计表所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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