专利名称：一种基于泛在移动网络的应急通信系统分布式传输方法
技术领域：
本发明主要涉及泛在移动通信网络中的资源管理和调度领域，具体涉及一种基于现有的3G、Wi-Fi技术的泛在移动通信系统的分布式传输方法。
背景技术：
应急通信是为应对突如其来的大型自然灾害和公共突发事件的特殊通信机制，应急通信通常在公共通信网络设施遭受破坏、性能降低、话务量突增的情况下，采用非常规的、多种通信手段组合的方式来恢复通信能力。目前，通信运营商通常采用以应急通信车为主体，结合卫星信道、微波传输的专用应急通信系统，专用通信系统能够提供稳定和及时可靠的通信网络业务，但专用应急通信系统的部署往往受到通信运营商服务支撑能力的限制，且存在造价高、系统庞大、操作复杂等问题，难以满足应急通信须快捷响应的实际需求， 所以研发基于移动泛在网络的非专用的应急通信系统更具实际意义。无线泛在网络的概念是指多个无线通信运营商同时提供无线网络的覆盖和接入， 基于无线泛在网络的应急通信系统分布式传输技术，主要应用领域涉及两个方面，在应急通信终端所处环境信道资源充足时，充分利用如Wi-Fi、3G等无线网络接入方式进行单接入和多重接入，进行现场信息的实时、高速传输；在应急通信终端所处环境网络资源不足时，利用多个应急通信终端的分布式接入的现场信息并行传输技术，实现多个终端间的分布式协同控制机制。分布式调度技术是实现基于无线网络的应急通信系统传输技术的重要环节，主要研究如何把一个需要非常大处理能力的才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多终端进行处理，最后把这些处理结果综合起来得到最终的结果，极大地减小了中心处理器的负担，负载调度(包括负载的划分和传输)是影响并行与分布式处理性能的关键因素，在线性网络中，可分负载调度的最优原则是确定分配给各个处理器的负载比例和负载分发时刻以使负载在系统中的处理结束时间(调度长度)最短。目前，在应急通信现场资源充足环境下，通过高效利用移动通信网络的异构接入网络资源管理技术，实现异构接入网络间的协同控制，实时高速地传输现场信息的技术已经十分成熟；但当应急通信现场资源不足时，如何通过本地指挥中心与多个应急通信终端之间的调度来完成应急现场视频流的分布式传输，尚未出现高效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于泛在无线网络的应急通信系统的视频流数据的分布式传输方法。在应急通信现场，本地应急指挥中心根据多个分别接入泛在网络的应急通信终端传回的资源感知信息进行调度，应急通信终端根据调度信息传输各自的数据包后在远程应急指挥中心进行聚合，以实现应急现场视频流的分布式传输。该方法能在应急通信现场商用网络用户多，负载重的情况下，保证应急通信现场信息的高速、实时的传输。
所述的本地应急指挥中心是指位于应急现场附近，与多个应急通信终端可通信的调度中心，如应急通信车等；所述的远程指挥中心是指离应急通信现场较远的远程部署和指挥中心。以下说明本发明方法的具体步骤
步骤(1)在应急通信现场，应急通信系统部署有多个应急通信终端，应急通信终端可同时接入不同的移动网络。用一个集合N= {1，2，…来表征可接入的移动网络，并用可用带宽^和往返时间％来表征网络/7的性能，其中/7 Ν，应急通信终端以t为周期定期探测每个网络的性能(假设在探测周期内^和％保持不变)。每个应急通信终端各自采集现场的视频流。步骤(2)在网络资源不足的情况下，应急通信终端无法独立地将所采集的视频流传输到远程应急指挥中心，此时应急通信终端与本地应急指挥调度中心进行通信，将所采集到的应急现场信息和资源感知信息发送到本地应急指挥调度中心。所述的应急现场信息是指现场采集的视频流，并被要求以的速率进行传输。所述的资源感知信息是指终端所接入网络的性能参数，即可用带宽Cn和往返时延τη。步骤(3 )本地应急指挥调度中心接收到多路终端传回的视频流后，采用PSNR (Peak Signalto Noise Ratio，峰值信噪比)等视频质量评价指标计算各视频流的质量，选择视频质量最好的一路视频流作为视频流的质量，并根据各个应急通信终端传回的资源感知信息 ^和％及视频流要求的传输速率及速率分配算法进行速率分配。所述的速率分配算法是指根据相应的性能要求确定相应的优化目标，在满足约束条件的前提下求解优化问题， 从而计算出分配给每个网络的速率。步骤(3. 1)本地应急指挥中心选择视频流并选择速率分配算法进行速率分配本地应急指挥调度中心首先采用PSNR作为主要评价指标计算每一路视频流的质量并选择一路质量最好的视频流作为传输目标，速率分配模块根据各个应急通信终端反馈的信道资源感知信息&和τη以及视频流要求的传输速率rs，然后选择速率分配算法进行速率的分配， 具体是
I.若系统以视频流失真度为主要衡量指标，则本地应急指挥调度中心选择以最小化由丢包引起的视频失真为目标的最小化视频失真算法，具体方法为
(a)初始化算法参数。假设分布式终端可接入#个网络，由各个应急通信终端反馈的信道资源感知信息^和％初始化信道可用带宽和往返延时的值，用向量 r^r^r^r,, · · · ,rN)表示每个网络需要传输的视频数据的速率，并初始化r1=r2=…=r#=0， 同时根据编码方案和视频流的内容确定参数式，θ和&的值，其中式，θ和&是视频流失真度模型中的常用参量，^表示失真抵消常量，θ表示失真率模型参量，Α表示速率抵消常量；然后计算视频编码端由于有损压缩带来的失真J(rs)，具体地，dirs) =d0+ θ/irs r0)。(b)选择优化目标求解速率分配问题，具体过程如下 bl.确定最小化失真度为优化目标
mmrf^) + ^^^'·"''"^"1",其中rljZ胁""“氏“"表示由于传输错误造成丢包带来的失真，^表示视频流的播放延时要求，Jc表示该部分失真对所有可接入网络的平均丢包率的敏感性，0 ^ ^ ^ 1 ；约束条件为
权利要求
1. 一种基于泛在移动网络的应急通信系统分布式传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤(1)在应急通信现场，应急通信系统部署有多个应急通信终端，应急通信终端可同时接入不同的移动网络；用一个集合N={1，2，…来表征可接入的移动网络，并用可用带宽^和往返时间％来表征网络/7的性能，其中/7 Ν，应急通信终端以t为周期定期探测每个网络的性能，每个应急通信终端各自采集现场的视频流；步骤(2)在网络资源不足的情况下，应急通信终端无法独立地将所采集的视频流传输到远程应急指挥中心，此时应急通信终端与本地应急指挥调度中心进行通信，将所采集到的应急现场信息和资源感知信息发送到本地应急指挥调度中心；所述的应急现场信息是指现场采集的视频流，并被要求以^的速率进行传输；所述的资源感知信息是指终端所接入网络的性能参数，即可用带宽Cn和往返时延τη ；步骤(3)本地应急指挥调度中心接收到多路终端传回的视频流后，采用峰值信噪比视频质量评价指标计算各视频流的质量，选择视频质量最好的一路视频流作为视频流的质量，并根据各个应急通信终端传回的资源感知信息Cn和％及视频流要求的传输速率及速率分配算法进行速率分配；所述的速率分配算法是指根据相应的性能要求确定相应的优化目标，在满足约束条件的前提下求解优化问题，从而计算出分配给每个网络的速率，具有包括步骤(3. 1)和步骤(3. 2)；步骤(3. 1)本地应急指挥中心选择视频流并选择速率分配算法进行速率分配本地应急指挥调度中心首先采用峰值信噪比作为主要评价指标计算每一路视频流的质量并选择一路质量最好的视频流作为传输目标，速率分配模块根据各个应急通信终端反馈的信道资源感知信息^和τη以及视频流要求的传输速率rs，然后选择速率分配算法进行速率的分配，具体是I.若系统以视频流失真度为主要衡量指标，则本地应急指挥调度中心选择以最小化由丢包引起的视频失真为目标的最小化视频失真算法，具体方法为(a)初始化算法参数；设分布式终端可接入#个网络，由各个应急通信终端反馈的信道资源感知信息^和％初始化信道可用带宽和往返延时的值，用向量 r^r^r^r,, · · · ,rN)表示每个网络需要传输的视频数据的速率，并初始化r1=r2=…=r#=0， 同时根据编码方案和视频流的内容确定参数式，θ和&的值，其中式，θ和&是视频流失真度模型中的常用参量，^表示失真抵消常量，θ表示失真率模型参量，Α表示速率抵消常量；然后计算视频编码端由于有损压缩带来的失真i/(rs)，具体地，r0)；(b)选择优化目标求解速率分配问题，具体过程如下 bl.确定最小化失真度为优化目标mmrf^) + ^^^'·"''"^"1",其中rljZ胁"""恤Λ表示由于传输错误造成丢包带来的失S 表亍视频流的播放延时要求，κ表示该部分失真对所有可接入网络的平均N丢包率的敏感性，κ ( 1 约汆条件为d ’ rn:cn, "/ Ν，即每个网络需要传输的速率不超过该网络的可用带宽，各个网络需要传输的速率之和为视频流的总速率；b2.设
全文摘要
本发明涉及一种基于泛在移动网络的应急通信系统分布式传输方法。本发明在应急通信现场，本地应急指挥中心根据多个分别接入泛在网络的应急通信终端传回的资源感知信息进行调度，应急通信终端根据调度信息传输各自的数据包后在远程应急指挥中心进行聚合，以实现应急现场视频流的分布式传输。该方法能在应急通信现场商用网络用户多，负载重的情况下，保证应急通信现场信息的高速、实时的传输。
文档编号H04W28/04GK102355648SQ20111022089
公开日2012年2月15日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者谢磊, 赵磊, 陈惠芳 申请人:浙江大学