一種基于d2d和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可伸縮視頻多播資源分配的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人工智能領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種基于D2D和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可伸縮視頻多 播資源分配的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電信技術(shù)的發(fā)展，3G和4G技術(shù)已經(jīng)被用于視頻點(diǎn)播，在線視頻，在線游戲 Iptv等等，下一代無(wú)線通信技術(shù)5G面向2020年無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)整體需要具備1000倍的移動(dòng) 流量提供能力，單位面積吞吐量需要達(dá)到目前4G的1000倍甚至更高（100Gbps/km2以上）。 其中視頻服務(wù)占據(jù)79%的市場(chǎng)總流量。所以，為了提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的整體性能，提高日益短缺 的頻譜資源利用率，滿足設(shè)備對(duì)傳輸速率的需求的相關(guān)技術(shù)成為當(dāng)前技術(shù)研究的熱點(diǎn)。為 了合理的分配視頻多播組的有限資源，在下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中解決視頻多播中資源分配 的兩個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)：自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)（Adaptice modulation and coding，AMC)和可伸 縮視頻編碼（Scalable Video Coding，SVC)機(jī)制，使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)的蜂窩設(shè)備和D2D設(shè)備 的接收視頻質(zhì)量更好，提高系統(tǒng)的整體的效用。
[0003] ffu X L，Chen Y Y，Yuan X P，et al. . Joint resource allocation and power control for cellular and device-t〇-device multicast based on cognitive radio [J] ? IET Communications，2014,8(16) : 2805-2813 在下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信，為了提高 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的整體性能，提高日益短缺的頻譜資源利用率，滿足設(shè)備對(duì)傳輸速率的需求的相 關(guān)技術(shù)成為當(dāng)前技術(shù)研究的熱點(diǎn)。其中D2D通信被作為一種提高頻譜利用率的技術(shù)被引起 了廣泛的關(guān)注，但是只是泛泛說(shuō)了通信，并沒(méi)有具體應(yīng)用。
[0004] Zhou H, Ji YS,Li J，et al，Joint mode selection MCS assignment，resource allocation and power control for D2D communication underlaying cellular network[C]. IEEE Wireless Communications and Networking WCNC, Istanbul, TurKey, 2014:1667-1672提到了自適應(yīng)調(diào)制編碼，但是只是根據(jù)D2D鏈路質(zhì)量選擇不同的MCS并沒(méi) 有詳細(xì)的為每個(gè)視頻層選擇合適的調(diào)制方式，這樣的MCS選擇會(huì)導(dǎo)致資源粒子的浪費(fèi)。
[0005] Li J, Bao Z M, Zhang C X, et al. . Scalable Video Multicast with Joint Resource Allocation and Adaptive Modulation and Coding over Multiple Base Station Networks[C]. IEEE International Conference on Networking, Sensing and Control (ICNSC)，Taipei April 2015:134-139.中的分層視頻多播中只是提到系統(tǒng)蜂窩設(shè) 備的吞吐量，沒(méi)有考慮引入D2D設(shè)備，很多邊緣設(shè)備由于信道質(zhì)量差，可能無(wú)法接收信號(hào)， 導(dǎo)致系統(tǒng)的整體效用函數(shù)值很低。
[0006] Yu G D, Xu L K, Feng D Q, et al. . Joint Mode Selection and Resource Allocation for Device-to-Device Communications[J]. IEEE Transactionson Communications，2014,62 (11) : 3814-3824.雖然都提到在蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入了 D2D，并且分析 了在這樣混合網(wǎng)絡(luò)中的資源分配和模式選擇問(wèn)題，但是都提出在分配功率和控制干擾問(wèn) 題，在此方式中引入了可伸縮視頻多播和自適應(yīng)調(diào)制編碼解決系統(tǒng)總的資源粒子的合理分 配問(wèn)題。
[0007] HUANG C ff. HUANG S.WU P H. et al. .. olm:Oppoitunistic layered multicasting for scalable IPTV overMobileffiMAX[J]. IEEE Transaction on Mobile Computing， 2012,11 (3) :453-463.將機(jī)會(huì)傳輸和分層編碼和自適應(yīng)編碼相結(jié)合，提出了一種適用于 Wimax(802. 16)帶寬無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的多播傳輸方式，但也是在傳統(tǒng)視頻多播技術(shù)。
[0008] 西安交通大學(xué)的廖學(xué)文等人發(fā)表的"一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入D2D技術(shù)的下行頻譜資 源分配方法"只是介紹D2D技術(shù)下行頻譜資源的分配，而且沒(méi)有說(shuō)明具體應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種基于D2D和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可伸縮 視頻多播資源分配的方法，以期能提高頻譜利用率，增加網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的設(shè)備容量，解決頻譜 資源緊張的問(wèn)題，從而有效提高網(wǎng)絡(luò)環(huán)境整體的吞吐量，設(shè)備也能夠接收提供到更好的視 頻質(zhì)量。
[0010] 本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0011] 本發(fā)明一種基于D2D和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可伸縮視頻多播資源分配的方法，其特點(diǎn)是應(yīng) 用于由服務(wù)器、基站和X個(gè)移動(dòng)設(shè)備所組成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，假設(shè)在所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，所述基 站要傳輸視頻流s給X個(gè)移動(dòng)設(shè)備，且所述視頻流s中的每一幀都包含T個(gè)資源粒子數(shù)，則 按如下步驟進(jìn)行一幀資源粒子的資源分配：
[0012] 步驟1、在所述網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，所述基站將所述X個(gè)移動(dòng)設(shè)備劃分為K個(gè)蜂窩設(shè)備 {UQ, UC2, ? ? ?，UCk, ? ? ?，UCK}和 N 個(gè) D2D 設(shè)備{D2Di，D2D2, ? ? ?，D2Dn, ? ? ?，D2DJ ;UCk表示第 k 個(gè)蜂窩設(shè)備；D2Dn表示第n個(gè)D2D設(shè)備；且第n個(gè)D2D設(shè)備D2D n包括第n個(gè)第一優(yōu)先級(jí)設(shè) 備和第n個(gè)次優(yōu)先級(jí)設(shè)備；1彡k彡K;1彡n彡N;K彡2N;
[0013]步驟2、所述服務(wù)器中的視頻編碼器將所述視頻流s分割為由一個(gè)基礎(chǔ)層和L-1個(gè) 增強(qiáng)層構(gòu)成的L層視頻層{VDi，VD2,. . .，VDu . . .，VDt}并發(fā)送給所述基站；VDi表示第1層 視頻層；
[0014] 步驟3、假設(shè)所述基站傳輸所述L層視頻層中的每個(gè)視頻層的固定速率為V;所述 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中基站可用的調(diào)制編碼方式記為{MCSi，MCS2，…，MCSm，…，MCSm}WCSm表示第m種 調(diào)制編碼方式；所述基站為每個(gè)視頻層選擇各自的調(diào)制編碼方式，并根據(jù)所述固定速率v 通過(guò)正交使用T個(gè)資源粒子將所述L層視頻層從基礎(chǔ)層開(kāi)始逐層傳輸給所述K個(gè)蜂窩設(shè)備 和N個(gè)第一優(yōu)先級(jí)設(shè)備；
[0015] 步驟4、假設(shè)第k個(gè)蜂窩設(shè)備UCk接收到a k層視頻層；第n個(gè)第一優(yōu)先級(jí)設(shè)備接 收到PJ1視頻層；則所述第n個(gè)第一優(yōu)先級(jí)設(shè)備根據(jù)所述固定速率v通過(guò)復(fù)用蜂窩設(shè)備 上行鏈路T個(gè)資源粒子直接將所接收到0"層視頻層分層傳輸給所述第n個(gè)次優(yōu)先級(jí)設(shè)備； 且第k個(gè)蜂窩設(shè)備1](；只能同時(shí)被一個(gè)D2D設(shè)備復(fù)用；
[0016] 步驟5、假設(shè)所述第n個(gè)次優(yōu)先級(jí)設(shè)備接收到丫 n層視頻層；統(tǒng)計(jì)所述K個(gè) 蜂窩設(shè)備和N個(gè)第一優(yōu)先級(jí)設(shè)備和N個(gè)次優(yōu)先級(jí)設(shè)備所接收到的視頻層總數(shù)，記為
;統(tǒng)計(jì)x個(gè)移動(dòng)設(shè)備的固定速率，記為t表示視頻層總數(shù) 4~1 r中的任意一視頻層；
[0017] 步驟6、利用式（1)計(jì)算X個(gè)移動(dòng)設(shè)備的效用值U(V):
[0018]目標(biāo)函數(shù)：U(V) = log V (1)
[0019] 約束條件：丨./ =丨…(2)
[0020]
[0021] 式⑴表示以效用值U(V)表征整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的數(shù)據(jù)吞吐量；
[0022] 式⑵中的為指示函數(shù)，當(dāng)視頻流s的視頻層1使用MCSm進(jìn)行傳輸時(shí)，指示函 數(shù)值是1，否則〇,表示每個(gè)視頻層只能選擇一種編碼方式進(jìn)行傳輸；
[0023] 式⑶的限制條件表示為系統(tǒng)總的可用資源數(shù)目是T。
[0024] 本發(fā)明所述的基于D2D和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的可伸縮視頻多播資源分配的方法的特點(diǎn)也 在于，
[0025] 所述步驟3中所述基站是按如下步驟通過(guò)正交使用T個(gè)資源粒子將所述L層視頻 層從基礎(chǔ)層開(kāi)始逐層傳輸給所述K個(gè)蜂窩設(shè)備和N個(gè)第一優(yōu)先級(jí)設(shè)備：
[0026] 步驟3. 1、初始化1=1 ;
[0027] 步驟3. 2、假設(shè)第1層視頻層VDi所分配的調(diào)制編碼方式為第m種調(diào)制編碼方式 MCS^所述第m種調(diào)制編碼方式MCSm中的資源粒子能達(dá)到的傳輸速率為L(zhǎng)，則所述基站傳輸 所述第1層視頻層，從所述T個(gè)資源粒子中消耗的資源粒子個(gè)數(shù)為t^=7/1^;并 剩余T-t^個(gè)資源粒子；
[0028] 步驟3. 3、將1+1賦值給1;將m+1賦值給m;將T-tu J武值給T;判斷1 > L或T < v/RM是否成立，若成立，則表示所述基站完成一幀資源粒子的資源分配；否則，返回步驟 3. 2執(zhí)行。
[0029] 所述步驟4中所述第n個(gè)第一優(yōu)先級(jí)設(shè)備是按如下步驟通過(guò)復(fù)用蜂窩設(shè)備上行鏈 路T個(gè)資源粒子直接將所接收到0 n層