电信网络中内容输送期间实现有效电池利用的方法和设备

摘要

本文提供了用于控制将内容输送到移动电信网络中内容用户的方式的设备和方法。在内容用户在第一无线电状态中并且使用第一电池功率时，使用第一传送速率，并且随后在内容用户在第二无线电状态中并且使用比第一电池功率更小的第二电池功率时，使用比第一传送速率更低的第二传送速率，将内容发送到内容用户。发送的执行使得(A)在输送内容时，内容用户已经收到的内容量超过内容用户使用的内容量，以及(B)最小化在输送期间内容用户使用的能量。

说明书

相关申请

本申请涉及2011年7月14日提出，题为“移动网络中实现有效电池利用的方法和设备”(Methods and Apparatuses for Efficient Battery Utilization in Mobile Networks)的美国临时专利申请61/507807，并且要求具有其优先权。

技术领域

本发明一般涉及通过将使用全部内容的可能放弃考虑在内，确定向用户设备(UE)流传送多媒体内容以实现UE的电池的有效利用的方式的设备、软件和方法。

背景技术

移动和固定用户设备(UE)能够呈现来自电信网络中各种内容提供商的多媒体内容（例如，视频或音频剪辑）。一般称为移动云加速器(MCA)的多种硬件和软件一起使得尽可能快、有效和无缝地提供内容成为可能。例如，如图1所示，UE 10（能够是移动或固定用户设备）经MCA 40接收由内容提供商20和30提供的多媒体内容。在MCA 40内，内容输送到UE 10的实际方式可包括各种机制，象无线电优先处理、例如使用Akamai类型内容输送网络(CDN)等代理缓存和透明因特网缓存(TIC)等。

视输送内容的方式而定，用户设备(UE)可处于具有不同功率使用特征的多个状态之一中。为便于说明而不是限制，UE可处于四种WCDMA无线电状态之一中（例如，如在Harri Holma，Antti Toskala所著“用于UMTS的WCDMA：HSPA演进和LTE”(WCDMA for UMTS: HSPA Evolution and LTE)的最新版中所述）：高（使用专用信道DCH时）、低（使用前向接入信道FACH时）、备用（仅寻呼信道PCH可用于接入UTRAN注册区域URA时）及UE未连接到网络时的闲置。这些状态及其之间的转变在图2中示出。

“典型手机”具有1000 mAh电池，但一些智能电话的电池可具有最多1500 mAh。超时通常是在网络运营商而不是手机或应用的控制之下。

在闲置状态中，UE即不接收，也不传送。可存在有效（但安静）的TCP连接。功率成本在闲置状态是低的。也存在PCH状态，该状态同样是低功率并且同样地，仅在UE安静（即，即不接收也不传送数据）时使用。在闲置和PCH状态中使用的电流大约是8mA - 可能主要受能量监测器(energey profiler)的影响。

在FACH状态中，UE使用共享信道进行低带宽通信。分组大小必须小 - 最大大约128个八位字节，但实际大小由MNO控制。此阈值包括来自TCP和TLS的开销，其分别为52和5个八位字节，留下大约70个八位字节用于有效负载数据。在数据能够流动前，使UE在FACH状态中大约要用2.5秒，但在启动到FACH状态的转移时功率瞬间上升。在通信会话结束后，UE在预确定的时间（即，超时）内保持在FACH状态。

在FACH状态中，电流是大约120 mA，并且超时是至少8秒（但它可以是最多2分钟左右）。操作在FACH状态中的典型手机在大约7小时耗尽典型手机电池电量。

在DCH状态中，UE使用专用信道进行高（速率）带宽通信。如在FACH状态中的情况一样，使UE在DCH状态中在DCH功率级别大约要用2.5秒，并且在UE转变到更低功率状态之前在通信结束后存在超时。从DCH状态，一些UE降到FACH状态，并且在FACH超时的持续时间内保持在此状态，其它UE直接降到闲置PCH状态。尝试传递比FACH阈值更多的数据可导致UE到DCH状态的转变，转变再次要用大约2.5秒。

在DCH状态中，电流是大约250 mA，并且超时是至少8秒。操作在DCH状态中的典型手机在不到3小时内耗尽典型手机电池电量。数据的传送能够使用最多2 W，并且提升电平本身要用大约2到3秒才有效 - 在此时间内，手机不能接收或传送，但仍产生功率成本。在此时间内存在从手机发送和发送到手机的分组（例如，信令负载）。

数据率、等待时间和其它资源使用对于不同状态也不同，如图2的x轴上所示。视是否保持数据传递活动（例如，在无活动的预确定的时间间隔后）和在进行的应用会话而定，进行在状态之间的转变（也在图2中示出）。相对功率在图2的y轴上表示（1对应最大值）。

目前移动网络中的参数设置对于各种应用的不同需要是不可适应的，并且相反是全局性的。因此，运营商需要基于其网络中最广泛的应用类型选择参数组合集。对于典型的“始终开启”应用，与稍微更高数据传递延迟相比，电池寿命被认为更重要，并且因此设置更低不活动时间是优选的。更低不活动时间也允许网络资源的更佳利用，这是因为闲置资源能够快速重新分配到其它活动用户，从而增大总网络容量。

根据3GPP规范的当前版本（如在文档的当前版本中所反映的一样），在3GPP网络中，通过来自网络中RRC功能的信令，在UE中设置无线电状态。如图2所示，存在用于从一个状态到另一状态的转变的不同触发。

然而，常规系统和方法未以将用户放弃考虑在内由此采用将最小化从UE的电池使用的能量的策略的方式输送内容。电池中存储的能量在用于传递实际上不播出的内容时可快速和无用地耗尽。另外，传递实际上不使用的内容也产生了带宽的浪费和不需要的网络负载。

不同的移动终端供应商具有节约电池能量的不同方案。在长的（大约850秒）YouTube剪辑流传送模式提供到Android终端时，人们观察到Android终端采用某种策略，由此视频下载以高速率开始，然后终端开始节制下载速率。我们能够假设如此操作的理由是确保在大部分的下载期间内无线电在低状态(Cell_FACH)，并且因此节约UE电池功率。

在类似长的（大约850秒）YouTube剪辑流传送模式提供到Apple终端时，人们观察到Apple终端使用另一策略：视频以最快的可能速率下载，并且随后无线电被置于闲置模式。长时间保持高功率状态将耗尽电池电能（能量等于功率乘以时间）。此外，在状态之间的多次转变将耗尽UE电池电能。为延长UE电池寿命，在仍确保良好的用户体验的同时，UE尽可能快地转变到“闲置”状态是重要的。

Apple终端以高速率流传送内容，这意味着终端将在较长期间内在高功率状态，并且导致快速的电池电能耗尽。Android终端在输送的开始以高速率流传送内容后，通过不清空其TCP缓冲器，并且强制服务器以更低速率发送来开始节制内容。控制内容输送的此方式具有的效应是终端在延长的时间期内在FACH状态中（比内容的连续输送所需更长），并且因此UE电池未得到有效利用。

相应地，将希望提供能够优化向电信网络中的用户设备输送内容的方式以便有效地使用UE的电池电能的控制器和方法。

发明内容

示范实施例包括分布式内容输送设备（例如，MCA），设备具有至少一个处理器和接口，并且配置成控制多媒体内容输送到用户设备(UE)的方式，以便通过将在播出完整内容前的放弃率考虑在内而最小化从UE的电池使用的能量。通过保持输送的内容量大于使用的内容量以便只保持平滑使用而不是急于尽快地输送内容，将播出完整内容前的放弃率考虑在内，这是因为如果内容用户放弃使用内容，则浪费了用于传递的能量和带宽。

其它实施例包括在控制到UE的内容输送中采用的方法，包括确定向用户设备(UE)输送多媒体内容的方式，以便通过将在使用完整内容前的放弃率考虑在内，最小化从UE的电池使用的能量。

这些设备和方法有利于延长UE的电池寿命和降低带宽浪费与网络负载。

根据一示范实施例，提供了一种配置成控制内容从内容来源提供商输送到移动电信网络中内容用户(UE)的设备。设备包括处理单元，处理单元配置成接收来自内容来源提供商的内容，并且首先在内容用户在第一无线电状态中时，使用第一传送速率，并且随后在内容用户在第二无线电状态中时使用比第一传送速率更低的第二传送速率，将内容发送到内容用户。内容用户在第一无线电状态中时使用第一电池功率，并且在第二无线电状态中时使用第二电池功率，第二电池功率小于第一电池功率。处理单元发送内容，使得在输送内容时，内容用户已经收到的内容量超过内容用户使用的内容量，以及最小化内容用户使用的能量。

根据另一示范实施例，提供了一种用于管理内容从内容来源提供商到电信网络中内容用户(UE)的输送的方法。方法包括接收来自内容来源提供商的内容，并且首先在内容用户在第一无线电状态中时，使用第一传送速率，并且随后在内容用户在第二无线电状态中时使用比第一传送速率更低的第二传送速率，将内容发送到内容用户。内容用户在第一无线电状态中时使用第一电池功率，并且在第二无线电状态中时使用第二电池功率，第二电池功率小于第一电池功率。发送操作的执行使得(A)在输送内容时，内容用户已经收到的内容量超过内容用户使用的内容量，以及(B)最小化在输送期间内容用户使用的能量。

根据另一示范实施例，提供了一种存储可执行代码的计算机可读介质，可执行代码在计算机上执行时使计算机执行用于管理内容从内容来源提供商到通信网络中内容用户(UE)的输送的方法。方法包括接收来自内容来源提供商的内容，并且首先在内容用户在第一无线电状态中时，使用第一传送速率，并且随后在内容用户在第二无线电状态中时使用比第一传送速率更低的第二传送速率，将内容发送到内容用户。内容用户在第一无线电状态中时使用第一电池功率，并且在第二无线电状态中时使用第二电池功率，第二电池功率小于第一电池功率。发送操作的执行使得(A)在输送内容时，内容用户已经收到的内容量超过内容用户使用的内容量，以及(B)最小化在输送期间内容用户使用的能量。

附图说明

附图结合在说明书中并构成其一部分，示出一个或多个实施例，并与描述一起解释这些实施例。在图中：

图1是常规内容输送系统的示意图；

图2是状态和转变的图表流程；

图3是示出相对于观看时间的放弃率的图表；

图4是示出只使用最高数据率的全部内容的输送的图表；

图5是示出根据一个示范实施例，使用不同数据率的内容的输送的图表；

图6是示出根据另一示范实施例，使用不同数据率的内容的另一输送的图表；

图7是示出根据其它示范实施例，使用不同数据率输送内容的其它方式的图表；

图8是示出在使用根据一示范实施例的策略输送视频文件时发生的操作的流程图；

图9是示出根据一示范实施例的方法的流程图；

图10是根据一示范实施例的设备的示意图；以及

图11是根据一示范实施例的方法的流程图。

具体实施方式

示范实施例的以下描述参照附图。不同图形中的相同标号识别相同或类似的元素。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由随附权利要求定义。为简明起见，下面的实施例根据移动网络中内容输送系统的术语和结构进行讨论，例如，满足当前3GPP文档中描述的特性的系统。然而，下面要讨论的实施例不限于这些系统，而是可应用到其它现有内容输送系统，如（但不限于）WIFI系统。

说明书通篇对“一个实施例”或“一实施例”的引用指结合一实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在说明书通篇各个位置出现的“在一个实施例”或“在实施例中”短语不一定全部指同一实施例。此外，特定的特征、结构或特性可在一个或多个实施例中以任何适合的方式组合。

研究也显示，在使用完整内容的较小部分后，用户经常放弃数据传递。例如，在流传送视频（例如，从诸如YouTube等服务）时，用户经常只观看视频的第一部分，并且由于对内容缺乏兴趣而跳过剩余部分。图3是示出在放弃率（在y轴上）与观看时间（在x轴上）之间的相关的图表。因此，平均观看者观看剪辑的时间越长，他或她放弃它的可能性就越高。19.4%的基准初始放弃率几乎是以前报告的业界数字的2倍。此外，观看者放弃的比率沿相对可预测的轨迹增大。在30秒播放33.4%放弃率；在60秒44.1%放弃率；在90秒52.5%放弃率以及在120秒58.5%放弃率。

发明性概念的各种实施例提供了将观看者放弃因素考虑在内的查找输送视频流的电池有效模式的设备和方法。实施例可包括使用位于内容来源提供商（即，原服务器）与固定或移动用户终端（即，UE）之间的代理。设备接收来自内容来源提供商的多媒体内容，并且确定在将视频文件发送到终端时要使用的状态序列。每个状态持续特定时间间隔，在该时间间隔期间，使用某个传递速率输送传递。换而言之，状态的选择也意味着传递速率的选择。内容要输送到终端(UE)以便避免缓冲器欠载情况，在欠载情况下，发生要播出的视频数据短缺，并且视频播出停止（即，黑屏）。同时，寻求最小化用于输送的能量。概括性而非限制性地说，我们可假设在内容用户在第一无线电状态中时，使用至少第一传送速率传送内容，并且在内容用户在第二无线电状态中时，使用比第一传送速率低的第二传送速率传送内容。内容用户在第一无线电状态中时比它在第二无线电状态中时使用更多电池电能。

一种简单的策略（图4中示出）是使用第一传送速率发送所有数据。在图4中，y轴表示传送速率，并且x轴表示时间。此简单策略表示为线条410，其中，传送速率TR_DCH在t_DCH内不变。与内容输送并行，内容以TR_clip在t_clip时间内播出。图表区域                                               大致等于示出内容（例如，视频剪辑）的大小的图表区域。然而，此“仅高速率”简单方案不是最佳的，但它可在剪辑的大小小时采用。

图5中示出的优选策略是在输送开始时先以高无线电状态(DCH)传送内容（例如，视频数据）的第一突发，然后以低无线电状态(FACH)继续发送视频数据。换而言之，如线条510所表示的一样，第一传送速率TR_DCH在t_DCH'内不变，并且随后第二传送速率TR_FACH在t_FACH之前不变。此策略的效果是输送随时间的过去调整速度，并且如果观看者放弃使用内容（即，观看视频剪辑），则浪费尽可能少的视频数据量（已经输送）。图表区域大致等于示出内容（例如，视频剪辑）的大小的图表区域A₂=TR_DCH×t_DCH+ TR_FACH×(t_FACH-t_DCH)。

在图5中，第二传送速率TR_FACH大于使用内容（即，播出内容）的速率TR_clip。然而，如图6所示，第二传送速率TR_FACH可小于使用内容（即播出内容）的速率TR_clip。视t_DCH、t_FACH和t_clip的相对大小而定，如图6所示，已输送的内容可能被耗尽，并且随后播出可由于缺乏播放的内容而受阻。

为避免播出由于缺乏播放的内容而受阻，如图7所示，可采用使用第一（高）传送速率的另一期间。使用第一（高）传送速率的此另外期间可持续，直至输送了全部内容，如710所表示的一样，或者持续时间仅长到缓冲足够的已输送内容，以确保在输送内容时内容用户已经收到的内容量超过内容用户使用的内容量，如720所表示的一样。输送内容的方式（即，使用不同传送速率的持续时间和顺序）使得除确保有足够内容播出外，最小化内容用户在第一无线电状态中所处的时间，在该状态中，内容用户使用比在第二无线电状态中时的第二电池功率更大的第一电池功率。

状态之间的转变也与一定的信令量相关联。转变期间消耗的时间和能量也要考虑在内。设备（或更具体地说，设备的处理单元）配置成在开始使用第一传送速率或使用第二传送速率发送内容前，将相应状态配置信号发送到所述内容用户。

优化可包括找到在视频内容输送开始时高速率（在DCH状态中）的传递的持续时间t_DCH’，并且隐含地在视频文件输送结束前t_FACH低速率的传递的持续时间。将视频文件传递到终端(UE)消耗的能量Q等于功率乘以时间，因此，它与电流I乘以时间t成比例（可能差V是常数）：Q=IVt。一些约束要满足：对于A2、A1和A0，数据（传递或播出）速率乘以时间是相等的。可要求以高速率传递视频数据的最小时间大于预确定的值，例如，10秒。优化的目的是在采用诸如A2等策略时比只使用诸如A1等高输送速率时使用更少的电池能量：Q_A2<Q_A1。

例如，图8是示出在系统800中在使用根据一示范实施例的策略输送视频文件时发生的操作的流程图。设备810控制内容经基站(NB) 820、eNodeB或WiFi接入点向用户设备(UE) 830的输送。设备810可与缓冲存储器840相关联，从内容来源收到的内容存储在该存储器中。在S811，设备810了解或测量内容（例如，视频剪辑）的持续时间和播出速率。设备810也包括计时器（即，某一时间测量部件），计时器帮助测量预确定的时间期，如使用第一（高）传送速率传递内容的t_DCH。在S812，计时器开始测量t_DCH，并且可在t_DCH截止时提供信号。

设备810向NB 820发送消息“1”以通过信号指示UE 830切换到DCH状态。NB 820相应地发送重新配置消息“2”。UE 830转变到DCH状态，并且将关于此转变的消息“3”发送到NB 820。NB 820还经消息“4”将转变通知设备810。在接收消息“4”时，如“5”所示，设备810使用第一(DCH)传送速率，经NB 830向UE 820流传送内容。随后，在S813，设备810测量（偶尔或监视）实际传递速率TR_DCH。

在S814，t_DCH截止后，设备810向NB 820发送消息“6”以通过信号指示UE 830切换到FACH状态。NB 820相应地发送重新配置消息“7”。在S832，UE 830转变到FACH状态，并且将关于此转变的消息“8”发送到NB 820。NB 820还经消息“9”将转变通知设备810。

随后，在S815，设备810测量实际传递速率TR_FACH。在S816，比较测量的TR_FACH和播出速率。如果TR_FACH大于播出速率（即，“+”分支），则在UE仍在FACH状态中时，输送内容的剩余部分。如果TR_FACH小于播出速率（即，“-”分支），则在S818，设备810使用某种算法，在该算法中，评估使用的能量以确定传送内容的剩余部分的方式。设备810也向NB 820发送消息“10”以通过信号指示UE 830切换到DCH状态。NB 820相应地发送重新配置消息“11”。随后，如“12”所示，流传送消息的剩余部分。

图9是示出方法900的流程图，方法900是在S818评估使用的能量以确定传送内容的剩余部分的方式的算法的一示范实施例。方法先在S910确定剪辑的大小，并且在S920确定要流传送的剩余剪辑的大小（即，内容的剩余部分）。随后，在S930，计算输送要流传送的剩余剪辑所需的时间。在S940，比较计算的时间和到剪辑结束的剩余时间。如果计算的时间等于或小于剩余时间（即，“+”分支），则在S950，使用DCH状态输送剪辑的剩余部分。

如果比较计算的时间和到剪辑结束的剩余时间。如果计算的时间大于剩余时间（即，“-”分支），则在S960计算UE在DCH状态中时流传送要流传送的剩余剪辑（即，内容的剩余部分）使用的第一能量Q_DCH，以及在S970计算UE既在DCH状态中又在FACH状态中时流传送要流传送的剩余剪辑（即，内容的剩余部分）使用的第二能量Q_mix。

在S980，比较第一能量Q_DCH和第二能量Q_mix。如果第一能量Q_DCH大于第二能量Q_mix（即，“+”分支），则在S990，UE被重新配置到FACH状态，在该状态中它使用更低功率级别。否则（即，“-”分支），UE保持在DCH状态，S950。

根据另一示范实施例，如图10所示，能够在将用户放弃率和有效使用UE电池考虑在内的同时，确定将多媒体内容从来源代理输送到移动网络中UE的方式的设备1000包括输入/输出接口1010和处理器1020。控制器1000可还包括存储软件（即，可执行代码）的计算机可读存储介质1030，软件在由处理器1020执行时，确定处理器1020在将用户放弃率和有效使用UE电池考虑在内的同时，优化将多媒体内容从来源代理输送到移动网络中UE的方式。

图11中示出根据一示范实施例，在控制从来源代理向移动网络中UE的内容输送中采用的方法1100的流程图。方法1100包括在S1110接收来自内容来源提供商的内容，并且首先在内容用户在第一无线电状态中时，使用第一传送速率，并且随后在内容用户在第二无线电状态中时使用比第一传送速率更低的第二传送速率，将内容发送到内容用户。内容用户在第一无线电状态中时使用第一电池功率，并且在第二无线电状态中时使用第二电池功率，第二电池功率小于第一电池功率。发送的执行使得(A)在输送内容时，内容用户已经收到的内容量超过内容用户使用的内容量，以及(B)最小化内容用户在第一无线电状态中的时间。

在一个实施例中，方法1100可还包括在开始使用第一传送速率或使用第二传送速率发送内容前，将相应状态配置信号发送到内容用户。在相同或另一实施例中，代理可经基站(NB)与内容用户进行通信，基站是eNodeB或WiFi接入点。

在一个实施例中，方法1100也可包括存储从内容提供商收到的要发送到内容用户的内容。方法1100也可包括基于内容的大小、播出速率、第一传送速率和第二传送速率，确定使用第一传送速率发送内容的第一时间间隔，第一传送速率大于播出速率。

在另一实施例中，方法1100可还包括接收内容用户接收内容使用的输送速率的测量，以及如果播出速率小于在第一时间间隔后内容用户在第二无线电状态中时测量的输送速率的值，则使用第二传送速率发送内容的剩余部分。除这些操作外，方法可另外包括如果根据内容用户在第二无线电状态中时测量的输送速率的值，内容用户接收内容的剩余部分所需的估计的输送时间少于内容用户完全使用内容的剩余时间，则使用第二传送速率发送内容的剩余部分。此外，与这些操作相组合，方法也可包括如果估计的输送时间超过内容用户完全使用内容的剩余时间，则使用对应于第一无线电状态的第一电池功率和对应于第二电池状态的第二电池功率，计算在第一状态中时内容用户接收内容的剩余部分使用的能量的第一量和在第一状态中和第二状态中时内容用户接收内容的剩余部分使用的能量的第二量。方法1100随后也将包括如果能量的第一量超过能量的第二量，则使用第一传送速率发送内容的剩余部分，以及如果能量的第一量不超过能量的第二量，则使用第一传送速率和第二传送速率发送剩余内容。在一个实施例中，方法也可包括使用在第一时间间隔期间内容用户在第一无线电状态中时测量的输送速率的至少一个值和在第一时间间隔后内容用户在第二无线电状态中时测量的输送速率的至少一个值，估计内容的剩余部分。

公开的示范实施例提供了用于在将用户放弃率和有效使用UE电池考虑在内的同时，确定将多媒体内容从来源代理输送到移动网络中UE的方式的控制器、方法和软件。应理解，此描述无意限制本发明。相反，示范实施例旨在涵盖在本发明的精神和范围中包括的备选、修改和等效物。此外，在示范实施例的详细描述中，陈述了许多特定的细节以提供本发明性概念的详尽理解。然而，本领域的技术人员将理解，在无此类特定细节的情况下可实践各种实施例。

示范实施例可采用完全硬件实施例或组合硬件和软件方面的实施例的形式。此外，示范实施例可采用在计算机可读存储媒体上存储的计算机程序产品形式，在媒体中实施有计算机可读指令。可利用任何合适的计算机可读媒体，包括硬盘、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)、光学存储装置或磁存储装置，如软盘或磁带。计算机可读媒体的其它非限制性示例包括闪存类型的存储器或其它已知存储器。

虽然所示示范实施例的特征和实施例在特定组合的实施例中描述，但每个特征或元素可单独使用而无实施例的其它特征和元素，或者以带有或无本文中公开的其它特征和元素的各种组合形式使用。本申请中提供的方法或流程图可在计算机可读媒体中切实实施的计算机程序、软件或固件中实现以便由专门编程的计算机或处理器执行。