有線電視網雙模終端資源管理關鍵技術研究.pdf

1、隨著數(shù)字電視業(yè)務在我國的發(fā)展,有線電視網的雙模終端（雙模機頂盒）逐漸成為被廣泛應用的家庭數(shù)字終端設備。隨著有線電視網的雙向化改造的推進,雙模終端通常采用HFC接入網實現(xiàn)寬帶接入。HFC接入網的帶寬資源成為影響雙模終端服務質量的一個關鍵因素。隨著“三網融合”的推進,多種融合業(yè)務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的智能電視終端發(fā)展。智能電視終端的多業(yè)務并發(fā)特性,使得業(yè)務對終端資源（包括CPU、內存、調諧器等）以及

2、接入網帶寬資源的競爭難以避免。因此,雙模終端需要更加合理、高效的資源管理機制,使得終端的總體服務質量能夠得到保障。同時,需要對HFC接入網的帶寬資源進行合理的分配,使各個終端能夠享有滿足其業(yè)務服務質量的網絡帶寬資源。
　　 本文依托國家科技支撐計劃“支持跨區(qū)域、多運營商的新一代廣播電視服務系統(tǒng)”課題,以及國家863重大項目課題“融合網絡業(yè)務體系的開發(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接入網帶寬分配算法。本文主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　 1)在以往的實時系統(tǒng)資源分配算法中,主要通過離散化的資源配置選項來描述任務的資源消耗量與效用的關系。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)某些資源與任務效用之間的連續(xù)函數(shù)關系,又能描述另一些資源與任務效用之間的離散映射關系,能更準確地描述

4、雙模終端的資源與效用的關系?；凇斑B續(xù)效用子集”的概念,本文對實時系統(tǒng)資源分配算法提出了如下的兩點改進:
　　 (i)實時系統(tǒng)的應用分配到的資源量達到一定量時,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“連續(xù)效用子集”中。本文利用這一特點,對已有的啟發(fā)式資源分配算法HEU加以改進,提出了啟發(fā)式算法T-HEU,能夠在一定條件下降低HEU的時間復雜度。理論分析表明,HEU算法的時間復雜度為O(MN

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

6、_HEU在任務個數(shù)少于15的情況下,分配殘留資源的時間明顯小于單純形法和主-對偶內點法。單純形法分配殘留資源的時間并不隨著任務數(shù)的增加而有明顯的增加,而且執(zhí)行時間幾乎總是小于主-對偶內點法,適用于任務數(shù)較多情況下的殘留資源分配。將殘留資源分配算法應用于雙模終端上的應用進程資源分配,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)設計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)有的時間復

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,時間復雜度相似,但AUMMAA具有更高的計算精確度。
　　 3)基于本文設計的效用max-min公平分配算法AUMMAA,提出了一種面向業(yè)務間效用公平性的QAM資源分配算法。其中,包括一種面向彈性帶寬業(yè)務的QAM頻點選擇算法QCSA,以及,對單頻點帶寬使用AUMMAA進行分配。理論分析和仿真結果表明,QCSA在QAM頻點組負載較輕時,傾向于提高頻點組的帶寬利用率;在Q

8、AM頻點組負載較重時,能夠促進多頻點間的效用公平性。
　　 4)基于本文設計的QAM頻點選擇算法QCSA,提出了一種面向終端間公平性的帶寬分配機制,該機制使得不同的終端所獲得的帶寬滿足加權max-min公平。在將單個終端的總帶寬分配給各個業(yè)務時,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)務的效用公平性。仿真實驗表明,NOTF算法在使單個終端的業(yè)務總效用降低5％時,能夠使業(yè)務間的效用方差降低約50％,明顯促進了業(yè)務