有線電視網(wǎng)雙模終端資源管理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著數(shù)字電視業(yè)務(wù)在我國的發(fā)展,有線電視網(wǎng)的雙模終端（雙模機(jī)頂盒）逐漸成為被廣泛應(yīng)用的家庭數(shù)字終端設(shè)備。隨著有線電視網(wǎng)的雙向化改造的推進(jìn),雙模終端通常采用HFC接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)寬帶接入。HFC接入網(wǎng)的帶寬資源成為影響雙模終端服務(wù)質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。隨著“三網(wǎng)融合”的推進(jìn),多種融合業(yè)務(wù)逐漸滲透到雙模終端平臺上,促使雙模終端逐漸向具有開放式軟件架構(gòu)的智能電視終端發(fā)展。智能電視終端的多業(yè)務(wù)并發(fā)特性,使得業(yè)務(wù)對終端資源（包括CPU、內(nèi)存、調(diào)諧器等）以及

2、接入網(wǎng)帶寬資源的競爭難以避免。因此,雙模終端需要更加合理、高效的資源管理機(jī)制,使得終端的總體服務(wù)質(zhì)量能夠得到保障。同時(shí),需要對HFC接入網(wǎng)的帶寬資源進(jìn)行合理的分配,使各個(gè)終端能夠享有滿足其業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。
　　 本文依托國家科技支撐計(jì)劃“支持跨區(qū)域、多運(yùn)營商的新一代廣播電視服務(wù)系統(tǒng)”課題,以及國家863重大項(xiàng)目課題“融合網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)體系的開發(fā)”,對具有智能電視特征的雙模終端的資源管理問題展開研究,其中主要研究終端系統(tǒng)資源

3、分配算法和HFC接入網(wǎng)帶寬分配算法。本文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 1)在以往的實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源分配算法中,主要通過離散化的資源配置選項(xiàng)來描述任務(wù)的資源消耗量與效用的關(guān)系。另一些資源分配模型中,將效用或QoS描述為資源的連續(xù)函數(shù)。完全離散或完全連續(xù)的資源效用模型,都不完全適用于雙模終端。本文首次提出了“連續(xù)效用子集”的概念,既能體現(xiàn)某些資源與任務(wù)效用之間的連續(xù)函數(shù)關(guān)系,又能描述另一些資源與任務(wù)效用之間的離散映射關(guān)系,能更準(zhǔn)確地描述

4、雙模終端的資源與效用的關(guān)系?；凇斑B續(xù)效用子集”的概念,本文對實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源分配算法提出了如下的兩點(diǎn)改進(jìn):
　　 (i)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用分配到的資源量達(dá)到一定量時(shí),其效用逐漸呈現(xiàn)“飽和”趨勢,資源消耗函數(shù)呈現(xiàn)為凹函數(shù)。這種特性通常體現(xiàn)在同一個(gè)“連續(xù)效用子集”中。本文利用這一特點(diǎn),對已有的啟發(fā)式資源分配算法HEU加以改進(jìn),提出了啟發(fā)式算法T-HEU,能夠在一定條件下降低HEU的時(shí)間復(fù)雜度。理論分析表明,HEU算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(MN

5、2L2),而T-HEU算法的時(shí)間復(fù)雜度在O(MNL)與O(MN2L2)之間,低于HEU的時(shí)間復(fù)雜度。
　　 (ii)基于離散資源配置選項(xiàng)的資源分配算法,分配結(jié)束后存在一些殘留資源,而某些任務(wù)的效用仍然有上升空間。這造成某些資源（如CPU時(shí)間片、網(wǎng)絡(luò)帶寬等）浪費(fèi)。本文借助“連續(xù)效用子集”的概念,將殘留資源的最優(yōu)分配問題近似歸結(jié)為線性規(guī)劃問題,并設(shè)計(jì)出一種啟發(fā)式算法RRA_HEU,與現(xiàn)有的線性規(guī)劃解法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果表明,RRA

6、_HEU在任務(wù)個(gè)數(shù)少于15的情況下,分配殘留資源的時(shí)間明顯小于單純形法和主-對偶內(nèi)點(diǎn)法。單純形法分配殘留資源的時(shí)間并不隨著任務(wù)數(shù)的增加而有明顯的增加,而且執(zhí)行時(shí)間幾乎總是小于主-對偶內(nèi)點(diǎn)法,適用于任務(wù)數(shù)較多情況下的殘留資源分配。將殘留資源分配算法應(yīng)用于雙模終端上的應(yīng)用進(jìn)程資源分配,能夠提高雙模終端上的資源利用率,從而提高系統(tǒng)效用。
　　 2)設(shè)計(jì)了一種用于單鏈路效用max-min公平分配的高精確度算法AUMMAA。與現(xiàn)有的時(shí)間復(fù)

7、雜度較低的算法——基于分段線性函數(shù)的單鏈路UMM分配算法相比,時(shí)間復(fù)雜度相似,但AUMMAA具有更高的計(jì)算精確度。
　　 3)基于本文設(shè)計(jì)的效用max-min公平分配算法AUMMAA,提出了一種面向業(yè)務(wù)間效用公平性的QAM資源分配算法。其中,包括一種面向彈性帶寬業(yè)務(wù)的QAM頻點(diǎn)選擇算法QCSA,以及,對單頻點(diǎn)帶寬使用AUMMAA進(jìn)行分配。理論分析和仿真結(jié)果表明,QCSA在QAM頻點(diǎn)組負(fù)載較輕時(shí),傾向于提高頻點(diǎn)組的帶寬利用率;在Q

8、AM頻點(diǎn)組負(fù)載較重時(shí),能夠促進(jìn)多頻點(diǎn)間的效用公平性。
　　 4)基于本文設(shè)計(jì)的QAM頻點(diǎn)選擇算法QCSA,提出了一種面向終端間公平性的帶寬分配機(jī)制,該機(jī)制使得不同的終端所獲得的帶寬滿足加權(quán)max-min公平。在將單個(gè)終端的總帶寬分配給各個(gè)業(yè)務(wù)時(shí),提出了NOTF算法,能在近似最大化總效用的前提下,兼顧各業(yè)務(wù)的效用公平性。仿真實(shí)驗(yàn)表明,NOTF算法在使單個(gè)終端的業(yè)務(wù)總效用降低5％時(shí),能夠使業(yè)務(wù)間的效用方差降低約50％,明顯促進(jìn)了業(yè)務(wù)