基于D2D对等协作传输的自适应流媒体方法

随着移动互联网视频流量的快速增长，移动网络带宽成为限制流媒体传输质量的瓶颈。本文设计了一个多对多的设备到设备(D2D)的协作式自适应流媒体传输框架，将结合蜂窝网络和Wi-Fi自组网络，让设备可以充分利用邻近设备闲置的网络带宽能力来下载和分享视频，并且兼容现有自适应流媒体协议(DASH)。通过集群QoE感知，包括整体的网络带宽、缓存长度以及能耗等反馈信息，来选择合适的视频码率；并通过对等的协作方式，进行资源分配。实验结果表明：该方法相比传统非协作式传输方法，可以有效提高20%的用户满意度。

近年来，智能手机、平板电脑、超极本等移动设备越来越普及，人们对移动设备的使用也有赶超传统PC 电脑之势。移动设备上的网络流量有了爆炸性的增长，平均每两年翻一番。显而易见的，视频流量占据着移动网络流量的主要比例， 越来越多的人选择使用移动设备来观看视频。

从2015 年到2020 年， 移动端的网络流量将激增5 倍，而视频流量占比将从50%增长到75%，与之相伴的，是用户对视频体验的更高需求。其中包括更高的视频分辨率、更低的视频载入延迟和更灵敏的视频交互反应速度等等，这些需求相应的对移动网络带宽的要求也会更高。增长的需求让流媒体传输技术也产生了变革，传统的实时流传输协议， 对内容分发网络支持不够友好， 取而代之的是基于HTTP 的动态自适应流媒体协议(DASH)。

自适应流媒体协议，在移动网络中有着优越的性能表现，可以适应多元化的移动设备和多元的异构移动网络，自动切换合适的码率，充分提高了网络带宽的利用率，并保障用户体验。

移动设备逐渐配备越来越多的无线网络接口， 例如Cellular (蜂窝网络)、Wi-Fi (IEEE 802.1 无线网络)、Bluetooth (蓝牙)和NFC (近距离无线通讯技术)等等。带宽聚合技术，是通过聚合多重网络链路的带宽， 来为一个应用出口服务。如果将带宽聚合技术，应用到DASH 传输中，便能提高用户的观看体验。本文提出了一个设备到设备(D2D)的协作式自适应流媒体传输框架， 将结合蜂窝网络和Wi-Fi 自组网络， 让设备可以充分利用邻近设备闲置的网络带宽能力来下载和分享视频，并且跟现有的自适应流媒体协议(DASH)无缝结合在一起， 使之可以兼容通用的DASH 标准。

设备终端通过Wi-Fi 自组网络， 连接成集群， 集群的节点通过蜂窝网络从服务器下载视频切片， 节点之间通过D2D自组网络传递消息和转发视频数据。

它们通过集群QoE 感知的方式，以提高设备集群的带宽利用率、缓存状况和能耗状况为目标，进行视频协作分发和下载。该框架不仅支持现有的DASH 协议，并比其他协作方式兼容更多节点，可以实现多对多的协作传输，使群组用户有更好的观看体验(图1)。

2. 相关工作 在2015 年的网络流量报告中， 我们发现视频流量占据了网络数据流量的主要成分， 已经超过了55%。

而如今用户似乎更加习惯于在手机、平板电脑等移动设备上观看视频，视频流量在移动设备上的占比也超过了传统PC 和电视。

传统的实时流传输协议(Real Time Streaming Protocol, RTSP)难以满足新的移动网络的需求。如今内容分发网络(Content Delivery Networks, CDN)逐渐取代了传统服务器的网络架构，而RTSP 协议由于使用TCP 或UDP 来传输数据，会产生难以穿透防火墙，占用过多的会话缓存开销，以及