異構網絡視頻業(yè)務分配機制研究.pdf

1、隨著無線接入技術的發(fā)展，各種無線接入網的重疊覆蓋組成了目前特有的異構無線網絡環(huán)境。在無線網絡環(huán)境越來越復雜的今天，無線通信業(yè)務的種類快速增加，尤其是以高帶寬需求為特點的視頻業(yè)務呈爆炸性增長，在2016年在整個無線網絡中將達到80％以上。在如此復雜的無線接入網環(huán)境中，如何給各種不同的業(yè)務，尤其是視頻業(yè)務選擇合適的接入網，給用戶提供高質量的服務是當今無線網絡中的重要研究內容。在異構無線網絡中，無線信道的狀態(tài)，不同接入網的負載情況，各個覆蓋區(qū)

2、域的用戶速率等各種參數(shù)都是隨機變化的。甚至業(yè)務本身，例如視頻類業(yè)務每個時刻的編碼速率等也是隨機的。這使得資源分配算法變得十分復雜，因此需要一種合適的數(shù)學模型對網絡的這種隨機網絡進行分析。針對現(xiàn)有的異構無線網絡資源分配問題研究的不足，本文結合李雅普諾夫優(yōu)化理論和博弈論對網絡進行了建模和分析，利用不同業(yè)務固有的特性，尤其是視頻類業(yè)務的可壓縮特點，提出了新的帶寬分配和網絡選擇的方案。
　　本研究主要內容包括：⑴針對機器對機器業(yè)務（M2M

3、，Machine to Machine）的時延容忍性提出了利用網絡空閑時間對M2M業(yè)務進行分散傳輸?shù)腻e峰調度算法，來降低突發(fā)性M2M業(yè)務造成網絡擁塞。使用博弈論對異構無線網絡中，用戶之間，用戶和接入網之間，不同種類業(yè)務之間的資源競爭進行建模和分析，提出了基于用戶間非合作博弈的網絡選擇算法，使每個用戶在獲得最大收益的同時，全體用戶總的收益也達到最優(yōu)。針對視頻類業(yè)務可以緩存的特點，在網絡負載較低的時候，給視頻業(yè)務分配多余的帶寬，從而在網絡負

4、載變重時，有緩存的視頻業(yè)務可以釋放出更多的帶寬。利用這種靈活的帶寬分配方法以及用戶和接入網間的資源競爭關系，提出了基于非合作博弈的網絡選擇和帶寬分配算法。⑵提出了一種基于最小化剩余服務時間的網絡選擇算法，該算法可以在長時間尺度上對網絡的負載進行均衡，最小化了接入網剩余服務時間的時間期望，降低了視頻類業(yè)務的阻塞概率。用戶的網絡選擇，不僅會影響當前的網絡負載和網絡中已有的用戶，也會影響后續(xù)網絡的狀態(tài)以及新到達的用戶。為了刻畫這種時間上連續(xù)耦

5、合的相互影響，使用了剩余服務時間的概念。接入網的剩余服務時間表示在當前時刻，接入網服務完所有已接入業(yè)務所需要的時間。剩余服務時間不僅能表示當前網絡的負載狀況，還隱含了后續(xù)時間里網絡的負載變化。所提出的算法最小化了接入網中的剩余服務時間的期望，在長時間尺度上均衡了接入網的負載，減少了由于負載不均衡造成的用戶阻塞。為了解決用戶到達的隨機性的影響，使用李雅普諾夫優(yōu)化理論對網絡進行了建模，并證明了所提出的算法在保證網絡穩(wěn)定的同時，還能夠支持最大

6、的用戶到達率。⑶提出了一種多優(yōu)先級的異構網絡多路徑并行視頻傳輸算法。多路徑并行傳輸技術，是解決異構網絡中視頻業(yè)務的帶寬需求爆炸性增長和無線網絡資源匱乏之間矛盾的一個重要解決方案。針對廣泛使用的H.264視頻編碼方案中，I-Frame、P-Frame、B-Frame丟失后對解碼造成的不同影響，將這三種圖像幀分成兩個優(yōu)先級，優(yōu)先保證影響最大的I-Frame的傳輸，并根據(jù)不同路徑中的已有負載計算每條路徑中圖像幀因超時被丟棄的概率，據(jù)此動態(tài)的把