一種多基站系統(tǒng)中可伸縮視頻的多播資源分配及傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信領(lǐng)域，具體的說是一種多基站系統(tǒng)中可伸縮視頻的多播資源 分配及傳輸方法。
【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)被用于視頻點播，在線視頻，在線游戲 IPTV等等，下一代無線通信技術(shù)5G面向2020年無線移動網(wǎng)絡(luò)整體需要具備1000倍的移動 流量提供能力，單位面積吞吐量需要達到目前4G的1000倍甚至更高（100Gbps/km2W上）。 其中視頻服務(wù)占據(jù)79%的市場總流量。所W，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)備對傳輸速率的需求的相關(guān)技術(shù)成為當前技術(shù)研究的熱點。為 了合理的分配視頻多播組的有限資源，在下一代移動通信網(wǎng)絡(luò)中解決視頻多播中資源分配 的兩個關(guān)鍵性技術(shù)：自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)（Adaptivemo化Iationandcoding，AMC)和可伸 縮視頻編碼（ScalableVideoCoding,SVC)技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)的移動設(shè)備的接收到更 好的視頻質(zhì)量，提高系統(tǒng)的整體效用。
[0003] Liu,LiB,ZhangYQ. .Anend-to-endadaptationprotocolforlayeredvideo multicastusingoptimalrateallocation[C].inIEEETransactionsonWireless Communications, 2004深入考慮了無線網(wǎng)絡(luò)中可伸縮視頻多播問題，將問題分解為兩個子 問題：視頻流間資源分配問題W及視頻流內(nèi)部視頻層分割與資源分配問題。針對運兩個問 題，他們提出了基于動態(tài)規(guī)劃的視頻流資源分配和視頻層資源分配算法，并且算法支持用 戶采用一個通用效用函數(shù)，但是該文獻模型中并沒有結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)對各個視頻 層選擇合適的調(diào)制編碼方式，而是僅僅為每個視頻層分配合適的帶寬資源。
[0004] HuangCW,HuangS,WuPH,etal..Opportunisticlayeredmulticastingfor scalableIPTVoverMobileWiMax[J].IEEETransactiononMobileComputing, 2012將 機會傳輸、分層編碼W及自適應(yīng)編碼相結(jié)合，提出了一種用戶Wimax(802. 16)帶寬無線網(wǎng) 絡(luò)的多播傳輸方案。但是該文獻中只提出兩種可用的調(diào)制編碼方案，在實際的傳輸過程中 并不能有效的提高系統(tǒng)效用。
[0005] DebS，JaiswalS，NagarajK. .real-timevideomulticastinWiMAX networks[C].IEEEInternationalConferenceonCommunicationphoenix，2008 將可伸 縮視頻多播和自適應(yīng)編碼向結(jié)合，通過為每個視頻層選擇不同的調(diào)制編碼方案來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò) 中視頻多播的資源分配，提高系統(tǒng)性能，但該算法的性能還有待一定的提高。
[0006] LiPL，ZhangHH，ZhangBH，etal. .Scalablevideomulticastwith adaptivemodulationandcodinginbroadbandwirelessdatasystem[J].IEEE Transactionnetworking, 2012在基于可伸縮視頻多播的自適應(yīng)調(diào)制編碼的模型基礎(chǔ)上提 出了動態(tài)規(guī)劃算法來求解資源分配的最優(yōu)解，但是其復(fù)雜度較高，在實際的傳輸中并不能 達到實時性的要求。而且所有W上的研究成果都是在單基站系統(tǒng)下，即一個區(qū)域內(nèi)的用戶 只能被一個基站所覆蓋，所W性能并不能得到有效的提高。
[0007] BurchardtH,HaasH,etal. .Multicellcooperation:evolutionof coordinationandcooperationinlarge-scalenetworks[C].IEEEMWC, 2013 提出了一 種分布式協(xié)作控制的多基站系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中每個基站能夠協(xié)作的為小區(qū)的邊緣用戶提供 數(shù)據(jù)服務(wù)并且能夠獨立的選擇自己的數(shù)據(jù)傳輸方案，并且為了更好的協(xié)作進行數(shù)據(jù)傳輸， 假設(shè)一個基站不僅能夠傳輸數(shù)據(jù)給用戶而且可W分享數(shù)據(jù)給相鄰的基站。
[0008] Tajika.Y,Higuchi.KandTaoka.H. .Muting-BasedPartiallyNon-Orthogonal BlockDiagonalizationinMultiuserMIMOwithLimitedChannelStateInformation Fee化ack[C].I邸EVETECF，2012在多基站系統(tǒng)中增加的用戶反饋機制，規(guī)定距離小區(qū)邊緣 距離小于A的用戶可W發(fā)送信道瞬時的信息給基站，通過用戶的反饋信息基站可W選擇 一個合適的數(shù)據(jù)傳輸方案進而增加用戶的平均吞吐量。
[0009] 但是所有W上的多基站協(xié)作系統(tǒng)的研究都只是在多基站多小區(qū)下的傳輸，即在同 一個區(qū)域內(nèi)只有一個基站存在，多個基站在多個小區(qū)內(nèi)進行協(xié)作，不同基站使用同一段頻 帶資源，并且多基站之間會有數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，而對于終端來說，每個用戶只能被一個基站 所覆蓋。然而在實際的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一個小區(qū)往往能被多個不同的基站所覆蓋，不同的終端 設(shè)備可W接收不同基站傳輸?shù)姆?wù)數(shù)據(jù)，因此，在同一個區(qū)域下的多基站系統(tǒng)在當前并沒 有得到過多的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種多基站系統(tǒng)中可伸縮視頻的多 播資源分配及傳輸方法，W期能有效利用頻譜資源，增加整個系統(tǒng)的效用值，有效提高網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境整體的吞吐量，從而為用戶提供到更好的視頻服務(wù)質(zhì)量。 W11] 本發(fā)明為達到上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0012] 本發(fā)明一種多基站系統(tǒng)中可伸縮視頻的多播資源分配及傳輸方法的特點是，所述 多基站系統(tǒng)是由服務(wù)器、基站控制中屯、BSC、K個基站、成個移動設(shè)備組成；在所述多基站系 統(tǒng)中，K個基站使用不同的頻段，且第k個基站包含Tk個資源粒子數(shù)；1《k《K;第i個移 動設(shè)備能接收任意個基站傳輸過來的視頻數(shù)據(jù)；1《i《成;假設(shè)K個基站要傳輸一個視頻 流S給成個移動設(shè)備，則基站控制中屯、BSC是按如下步驟進行一個視頻流S內(nèi)的資源粒子 的分配及視頻流S的傳輸：
[0013] 步驟1、所述服務(wù)器中的視頻編碼器將所述視頻流S分割為由一個基礎(chǔ)層和L個加 強層構(gòu)成的L+1個視頻層，并通過光纖傳輸給所述基站控制中屯、BSC;令所述L+1個視頻層 中第1個視頻層的傳輸速率為入1;
[0014] 步驟2、令所述基站控制中屯、BSC的調(diào)制編碼方式為MCS= (MCSi，MCSz,. . .，MCSm,. . .，MCSm} ;MCSm表示第m種調(diào)制編碼方式；所述M種調(diào)制編碼方式 MCS是按照消耗的資源粒子數(shù)從大到小排列而成的；1《m《M;
[0015] 步驟3、所述基站控制中屯、BSC根據(jù)昨個移動設(shè)備的信道狀況和K個基站的瞬時 資源狀況，利用貪婪算法為第1個視頻層選擇相應(yīng)的調(diào)制編碼方式W及傳輸?shù)?個視頻層 的基站；從而為L+1個視頻層分配相應(yīng)的調(diào)制編碼方式W及所要傳輸?shù)幕?；完成一個視 頻流S內(nèi)的資源粒子的分配；
[0016] 步驟4、K個基站根據(jù)各自所分配的調(diào)制編碼方式，按照各個視頻層的傳輸速率， 并通過消耗一定的資源粒子數(shù)，從而向成個移動設(shè)備傳輸相應(yīng)的視頻層；完成一個視頻流S的傳輸；
[0017]步驟5、利用式（1)計算Ns個移動設(shè)備的效用值之和U:
[00化]目標函數(shù)：6'=；5]心(I) 陽〇19]約束條件：1；;:1如,省1 觸
[0020] Zty戶 獄
[0021] (4)
[0022] 式（1)表示Ns個移動設(shè)備的累計效用函數(shù)值；式（1)中，r1表示第i個移動設(shè)備 的累計速率；Ubi)表示第i個移動設(shè)備的效用函數(shù)值；
[0023] 式（2)表示每個視頻層只能選擇一種調(diào)制編碼方式進行傳輸；式（2)中，Ci,m為 編碼指示函數(shù)，表示當?shù)?個視頻層使用第m種調(diào)制編碼方式MCSm進行傳輸時，編碼指示 函數(shù)為1，否則，編碼指示函數(shù)Ci,m為0;
[0024] 式（3)表示每個視頻層只能被一個基站所傳輸；式（3)中，乂為傳輸指示函數(shù)，表 示當視頻流的第1個視頻層由第k個基站進行傳輸時，傳輸指示函數(shù)乂為1，否則，傳輸指 示函數(shù)ff為0;
[0025] 式（4)表示每個基站傳輸視頻層消耗的資源粒子數(shù)目不能多于各個基站自身所 擁有的資源粒子數(shù)；式（4)中，TIm表示第1個視頻層在傳輸速率A1下使用第m種調(diào)制編 碼方式MCSm進行調(diào)制編碼時所消耗的資源粒子數(shù)。
[00%] 本發(fā)明所述的多播資源分配及傳輸方法的特點也在于，所述