在電纜Wi-Fi網絡上用于多屏幕視頻應用的自適應資源管理的制作方法
【專利說明】在電纜Wi-Fi網絡上用于多屏幕視頻應用的自適應資源管 理
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求來自2013年3月15日提交的題為"在電纜Wi-Fi網絡上用于多屏幕 視頻應用的自適應資源管理（AdaptiveResourceManagementforMulti-ScreenVideo ApplicationsOverC油IeWi-FiNetworks)"、美國專利申請序列號 61//800, 311 [律師卷 號：CS41202-門的美國臨時申請優先權，在此將其整體援引加入進來。
【背景技術】
[0003] 用于在電纜服務接口數據規范值OCSI巧網絡上流送的現有解決方案，包括基于 網絡的自適應可變碼率（VBR)視頻流送。但是，當系統由高度可變鏈路和分布式架構構成 時，諸如電纜Wi-Fi系統，基于網絡的控制可能沒有總有效地追蹤與性能相關的變化。網絡 控制器可能無法有效或W及時的方式檢測端用戶的體驗，運會導致不公平、不穩定和低網 絡利用率。當前室內和室外電纜Wi-Fi部署向訂戶提供幾乎最盡力的數據作為免費服務， 或向非訂戶W固定規劃速率提供，而載波級視頻的目標在于下一代住宅、商用和公共/社 區電纜Wi-Fi網絡。
【附圖說明】
[0004] 為了說明下面描述的實施例，在附圖中示出了實施例的示例構造；但是，實施例不 限于所公開的特定方法和手段。在附圖中：
[0005] 圖1描繪了示例電纜Wi-Fi系統；
[0006] 圖2描繪了具有集成視頻控制和管理的示例電纜Wi-Fi系統；
[0007] 圖3描繪了包括基于余裕計算是否降低所選流的速率的許可控制的流程圖；
[0008] 圖4描繪了用于自適應碼率請求的基于網絡的控制的示例流程圖；
[0009] 圖5描繪了用于會話端（end)算法的流程圖；
[0010] 圖6描繪了被配置為實現所公開的技術的示例系統架構的細節；
[0011] 圖7描繪了被配置為實現所公開的技術的另一示例系統架構的細節；
[0012] 圖8描繪了用于修正的赤字輪詢調度算法的延遲界的圖形推導；
[0013] 圖9圖示了排隊行為，包括對應于最大延遲的隊列尺寸；
[0014] 圖IOA表示對于DOCSIS3. 0示例的時間（X軸）-累積值（y軸）的仿真結果；
[0015] 圖IOB表示對于DOCSIS3. 0示例的時間（X軸）-累積值（y軸）的另一仿真結 果；
[0016] 圖11展示了示出流的服務速率的圖形；
[0017] 圖12描繪了用于許可控制的仿真模型；
[001引圖13描繪了為了優化速率自適應、排隊分組的傳輸時間相關的不同行為；W及
[0019] 圖14是可W包括如所公開的許可控制功能的示例CMTS設備的框圖。
[0020] 注意：盡管附圖用于圖示說明包括所要求保護的發明的概念的實施例，并且解釋 了運些實施例的各種原理和優點，所要求保護的發明不限于所顯示的概念，因為額外實施 例對于從運里描述受益的本領域普通技術人員來說容易明顯，由此為了理解運些實施例， 特定概念的顯示并非必需。
【具體實施方式】
[0021] 運里公開的是，當可用時，通過提供一種自適應資源管理系統，該系統使用基于客 戶端的反饋且具有基于網絡軟件的控制，來用于增加電纜Wi-Fi異構網絡上的網絡利用率 和視頻質量的技術。此外，電纜Wi-Fi網絡上的視頻流量的傳輸被解決。電纜運營商，使用 所公開的技術，能夠應用混合的基于網絡和客戶端的控制來提供載波級的視頻服務。
[0022] 在實施例中，所公開的是運樣的方法，其組合基于網絡和客戶端的自適應流送方 法，W使得分布式和自適應資源管理系統能夠用于電纜Wi-Fi系統上的載波質量視頻傳 輸。進一步，實施例包括基于用于對DOCSIS和Wi-Fi異構化etnet)網絡系統的可調節資 源余裕和公平指數的、用于呼叫許可控制和自適應流送的機制。
[0023] 近來新Wi-Fi設備和應用的成功和增長，結果是，世界范圍的電纜運營商旨在擴 展它們的Wi-Fi服務。Wi-Fi開始將收入產出從對語音和文本進行端用戶收費的傳統形式， 變化為從接入收費和賣服務給第=方來掙錢，取決于當地規則、運營商市場和競爭狀態。為 此，"歸屬點"和"熱點/熱區"在運營商控制和管理下是統一的，W在異構網絡段上不丟失 端用戶的控制的同時，提供無縫服務。漫游伙伴和批發商模型也被擴展為對端用戶提供無 縫服務。運營商探索的應用之一是，載波質量視頻到家中多屏幕，W及通過包括諸如酒店、 特殊事件、基于位置的應用等等使用情況的室內和室外熱點/熱區而超越。
[0024] 在現有電纜Wi-Fi系統中，電纜和Wi-Fi段在網絡和資源管理方面是分開的，因此 不提供對視頻的端到端控制。圖1和圖2描繪了示例電纜Wi-Fi系統。
[0025] 圖1和2描繪了服務提供商核屯、網101，其使用各種組件來通信，W傳遞內容到網 絡元件114。服務和訂戶管理服務器102W及接入控制器103可W用于訂戶和非訂戶兩者W 便進行服務提供、認證、計費和接入控制。無線控制器106提供并管理接入點和無線鏈路。 網絡元件102、103和106可W實現為設備或軟件實體，并且可W在相同實體中組合。電纜 Wi-Fi網絡管理系統115用于故障管理、配置、提供（provisioning)和商務智能。
[00%] 在CMTS107路徑中，服務提供商可W使用諸如混合光纖同軸電纜（HFC)網絡或無 源光學網絡（PON)的通信網絡，來處理內容并將其發射到提供商的訂戶。盡管系統被描述 用于CMTS架構，功能可W作為設備（appliance)或虛擬實體集成到諸如匯聚邊緣路由器 的下一代架構中。在圖1中所示的HFC網絡示例中，CMTS107傳遞內容到光寬帶傳輸平臺 108。通過光纖109,光寬帶傳輸平臺108將內容傳遞到節點110。節點使得運營商能夠在 同軸電纜線路111上獨立地且增加地分割下游和上游路徑。同軸電纜線可W通到抽頭112。 訂戶抽頭在電纜網絡中的各種位置分接，W提供到訂戶的傳輸線并且提供返回路徑用于來 自訂戶的消息。抽頭通常在沿著電纜跨度的位置處插入同軸電纜中，其中所發射的信號可 W經由訂戶線提供給一個或多個訂戶。抽頭常常提供CATV/RF信號的最終分布給訂戶114， 通常經由同軸電纜111。服務可W用于住宅/商業建筑或戶外服務區域。
[0027] 電纜Wi-Fi網絡管理系統115用于故障管理、配置、提供和商業智能。電纜Wi-Fi系統可W具有其自己的電纜Wi-Fi網絡管理系統，例如與HFC網絡的分開，并且通過管理平 面來向電纜Wi-Fi接入點傳遞內容。Wi-Fi接入點是允許無線設備使用Wi-Fi或相關標準 連接到有線網絡的設備。接入點可W用作包括Wi-Fi的、無線無線電信號的中央發射機/ 接收機。接入點可W支持公共因特網熱點，并擴展Wi-Fi信號范圍用于專用網絡。接入點 113可W經由有線網絡連接到路由器，作為單機設備或者集成到路由器本身中。 陽02引如圖2中所示，視頻頭端系統118集成到電纜Wi-Fi網絡的控制和管理系統中。盡 管當前部署基于圖1中所示的架構，其中電纜、Wi-Fi與視頻管理和控制系統分開，將視頻 傳輸控制和管理與電纜Wi-Fi異構網絡系統相集成，將使得能夠對Wi-Fi用戶提供更高質 量的視頻。視頻控制和管理可W是地區性的/本地化的，或者可W被集成到訂戶管理系統 和核屯、網作為設備或軟件實體。
[0029] 如載波質量視頻的服務需要異構網絡上的端到端控制，運可能在資源動態方面本 質上非常不同。因此，端到端資源管理在支持高質量用戶體驗而同時最大化網絡利用率方 面是個挑戰。復雜度是另一個問題，因為對電纜Wi-Fi系統的理想資源管理將需要Wi-Fi 鏈路的實時分析且監控，運不可行。
[0030] 運里公開的是一種技術，其將基于網絡和客戶端二者的方法組合，W使得分布式 和自適應資源管理系統能夠用于電纜Wi-Fi系統上的載波質量視頻傳輸。所公開的是基于 用于DOCSIS和Wi-Fi異構系統的可調節資源余裕和公平指數、進行呼叫許可控制和自適應 流送的機制。當系統由高度可變鏈路和分布式架構構成時，開發用于基于網絡對VBR流量 在DOCSIS上自適應流送的框架，可能并不總有效追蹤性能相關變化。由于之前的基于網絡 的控制技術不具有最好全視野，所公開的技術將基于網絡的自適應流送算法與有線和無線 信息相組合，并且考慮客戶端設備請求。在電纜Wi-Fi系統中，例如，因為帶寬變化且對于 電纜網絡頭端不可見的無線接入點處的變化，設及更多動態學。
[0031] 電纜Wi-Fi網絡上現今不管理的視頻只受基于客戶端算法的控制。基于客戶端 的自適應碼率視頻應用被廣泛使用，它們之中，HTTP現場流送（蘋果-HLS)、互聯網信息服 務-平滑流送（微軟-HS巧和HTTP動態流送（Adobe-HD巧作為實際上的工業標準使用，而 通過HTTP的MPEG動態自適應流送（MPEG-DASH)作為標準化自適應流送規范使用。盡管運 些協議在專用媒介上工作更好，它們可能創建不公平并錯誤診斷鏈路問題的原因（例如， 由于貪婪用戶/應用的擁塞與信道錯誤或信道接入問題）。在共享媒介中，端用戶設備114 不能具有全網絡視野；因此使得問題的區分更加困難。另一方面，基于客戶端的自適應碼率 視頻應用在端用戶正經歷問題時是很好的指標，其不能總是由基于網絡的控制器及時檢測 到。 陽0巧例如，通過電纜Wi-Fi組件，單個用戶可能具有鏈路問題（例如衰落）。電纜Wi-Fi可W是在相同媒介中具有許多用戶的熱點場景，其中，因為擁塞導致沒有足夠信道空間，用 戶具有連接問題。運是個體鏈路與擁塞之間的緊張。所公開的技術不僅考慮基于網絡的控 審IJ，還考慮基于自適應控制算法的速率確定和用戶請求。不是降低一個流的多個速率，例 如，網絡可W基于客戶端請求識別擁塞并且做出不同的調節，諸如將用于許多用戶的流降 低為較小速率，或者調節用于共享相同接入點的所有流的視頻質量。
[0033] 一個問題是，基于DOCSIS的有線網絡和基于Wi-Fi的無線網絡在PHY和MC域中 本質上都非常不同。在客戶端和服務器之間使用帶寬估計的現有技術（諸如使用分組對） 沒有解決在所公開實施例中解決的公平問題。運將導致問題，因為沒有考慮流的變化對于 相同類別（例如，由AP區域識別的服務區域）的其他流的影響。所公開的是可能通過流傳 輸的交互而管理的技術。
[0034] 在未授權許可的Wi-Fi域的頻譜共享媒介中，用戶基于其位置和設備可W具有