一种多基站系统中可伸缩视频的多播资源分配及传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信领域，具体的说是一种多基站系统中可伸缩视频的多播资源 分配及传输方法。
【背景技术】
[0002] 随着电信技术的发展，3G和4G技术已经被用于视频点播，在线视频，在线游戏 IPTV等等，下一代无线通信技术5G面向2020年无线移动网络整体需要具备1000倍的移动 流量提供能力，单位面积吞吐量需要达到目前4G的1000倍甚至更高（100Gbps/km2W上）。 其中视频服务占据79%的市场总流量。所W，为了提高蜂窝网络的整体性能，提高日益短缺 的频谱资源利用率，满足设备对传输速率的需求的相关技术成为当前技术研究的热点。为 了合理的分配视频多播组的有限资源，在下一代移动通信网络中解决视频多播中资源分配 的两个关键性技术：自适应调制编码技术（Adaptivemo化Iationandcoding，AMC)和可伸 缩视频编码（ScalableVideoCoding,SVC)技术，使得网络环境内的移动设备的接收到更 好的视频质量，提高系统的整体效用。
[0003] Liu,LiB,ZhangYQ. .Anend-to-endadaptationprotocolforlayeredvideo multicastusingoptimalrateallocation[C].inIEEETransactionsonWireless Communications, 2004深入考虑了无线网络中可伸缩视频多播问题，将问题分解为两个子 问题：视频流间资源分配问题W及视频流内部视频层分割与资源分配问题。针对运两个问 题，他们提出了基于动态规划的视频流资源分配和视频层资源分配算法，并且算法支持用 户采用一个通用效用函数，但是该文献模型中并没有结合自适应调制编码技术对各个视频 层选择合适的调制编码方式，而是仅仅为每个视频层分配合适的带宽资源。
[0004] HuangCW,HuangS,WuPH,etal..Opportunisticlayeredmulticastingfor scalableIPTVoverMobileWiMax[J].IEEETransactiononMobileComputing, 2012将 机会传输、分层编码W及自适应编码相结合，提出了一种用户Wimax(802. 16)带宽无线网 络的多播传输方案。但是该文献中只提出两种可用的调制编码方案，在实际的传输过程中 并不能有效的提高系统效用。
[0005] DebS，JaiswalS，NagarajK. .real-timevideomulticastinWiMAX networks[C].IEEEInternationalConferenceonCommunicationphoenix，2008 将可伸 缩视频多播和自适应编码向结合，通过为每个视频层选择不同的调制编码方案来优化网络 中视频多播的资源分配，提高系统性能，但该算法的性能还有待一定的提高。
[0006] LiPL，ZhangHH，ZhangBH，etal. .Scalablevideomulticastwith adaptivemodulationandcodinginbroadbandwirelessdatasystem[J].IEEE Transactionnetworking, 2012在基于可伸缩视频多播的自适应调制编码的模型基础上提 出了动态规划算法来求解资源分配的最优解，但是其复杂度较高，在实际的传输中并不能 达到实时性的要求。而且所有W上的研究成果都是在单基站系统下，即一个区域内的用户 只能被一个基站所覆盖，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 种分布式协作控制的多基站系统，在该系统中每个基站能够协作的为小区的边缘用户提供 数据服务并且能够独立的选择自己的数据传输方案，并且为了更好的协作进行数据传输， 假设一个基站不仅能够传输数据给用户而且可W分享数据给相邻的基站。
[0008] Tajika.Y,Higuchi.KandTaoka.H. .Muting-BasedPartiallyNon-Orthogonal BlockDiagonalizationinMultiuserMIMOwithLimitedChannelStateInformation Fee化ack[C].I邸EVETECF，2012在多基站系统中增加的用户反馈机制，规定距离小区边缘 距离小于A的用户可W发送信道瞬时的信息给基站，通过用户的反馈信息基站可W选择 一个合适的数据传输方案进而增加用户的平均吞吐量。
[0009] 但是所有W上的多基站协作系统的研究都只是在多基站多小区下的传输，即在同 一个区域内只有一个基站存在，多个基站在多个小区内进行协作，不同基站使用同一段频 带资源，并且多基站之间会有数据传输的干扰，而对于终端来说，每个用户只能被一个基站 所覆盖。然而在实际的网络系统中一个小区往往能被多个不同的基站所覆盖，不同的终端 设备可W接收不同基站传输的服务数据，因此，在同一个区域下的多基站系统在当前并没 有得到过多的研究。
【发明内容】
[0010] 本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种多基站系统中可伸缩视频的多 播资源分配及传输方法，W期能有效利用频谱资源，增加整个系统的效用值，有效提高网络 环境整体的吞吐量，从而为用户提供到更好的视频服务质量。 W11] 本发明为达到上述发明目的采用如下技术方案：
[0012] 本发明一种多基站系统中可伸缩视频的多播资源分配及传输方法的特点是，所述 多基站系统是由服务器、基站控制中屯、BSC、K个基站、成个移动设备组成；在所述多基站系 统中，K个基站使用不同的频段，且第k个基站包含Tk个资源粒子数；1《k《K;第i个移 动设备能接收任意个基站传输过来的视频数据；1《i《成;假设K个基站要传输一个视频 流S给成个移动设备，则基站控制中屯、BSC是按如下步骤进行一个视频流S内的资源粒子 的分配及视频流S的传输：
[0013] 步骤1、所述服务器中的视频编码器将所述视频流S分割为由一个基础层和L个加 强层构成的L+1个视频层，并通过光纤传输给所述基站控制中屯、BSC;令所述L+1个视频层 中第1个视频层的传输速率为入1;
[0014] 步骤2、令所述基站控制中屯、BSC的调制编码方式为MCS= (MCSi，MCSz,. . .，MCSm,. . .，MCSm} ;MCSm表示第m种调制编码方式；所述M种调制编码方式 MCS是按照消耗的资源粒子数从大到小排列而成的；1《m《M;
[0015] 步骤3、所述基站控制中屯、BSC根据昨个移动设备的信道状况和K个基站的瞬时 资源状况，利用贪婪算法为第1个视频层选择相应的调制编码方式W及传输第1个视频层 的基站；从而为L+1个视频层分配相应的调制编码方式W及所要传输的基站；完成一个视 频流S内的资源粒子的分配；
[0016] 步骤4、K个基站根据各自所分配的调制编码方式，按照各个视频层的传输速率， 并通过消耗一定的资源粒子数，从而向成个移动设备传输相应的视频层；完成一个视频流S的传输；
[0017]步骤5、利用式（1)计算Ns个移动设备的效用值之和U:
[00化]目标函数：6'=；5]心(I) 阳〇19]约束条件：1；;:1如,省1 觸
[0020] Zty戶 獄
[0021] (4)
[0022] 式（1)表示Ns个移动设备的累计效用函数值；式（1)中，r1表示第i个移动设备 的累计速率；Ubi)表示第i个移动设备的效用函数值；
[0023] 式（2)表示每个视频层只能选择一种调制编码方式进行传输；式（2)中，Ci,m为 编码指示函数，表示当第1个视频层使用第m种调制编码方式MCSm进行传输时，编码指示 函数为1，否则，编码指示函数Ci,m为0;
[0024] 式（3)表示每个视频层只能被一个基站所传输；式（3)中，乂为传输指示函数，表 示当视频流的第1个视频层由第k个基站进行传输时，传输指示函数乂为1，否则，传输指 示函数ff为0;
[0025] 式（4)表示每个基站传输视频层消耗的资源粒子数目不能多于各个基站自身所 拥有的资源粒子数；式（4)中，TIm表示第1个视频层在传输速率A1下使用第m种调制编 码方式MCSm进行调制编码时所消耗的资源粒子数。
[00%] 本发明所述的多播资源分配及传输方法的特点也在于，所述