異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)分配機(jī)制研究.pdf

1、隨著無線接入技術(shù)的發(fā)展，各種無線接入網(wǎng)的重疊覆蓋組成了目前特有的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境越來越復(fù)雜的今天，無線通信業(yè)務(wù)的種類快速增加，尤其是以高帶寬需求為特點(diǎn)的視頻業(yè)務(wù)呈爆炸性增長，在2016年在整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)中將達(dá)到80％以上。在如此復(fù)雜的無線接入網(wǎng)環(huán)境中，如何給各種不同的業(yè)務(wù)，尤其是視頻業(yè)務(wù)選擇合適的接入網(wǎng)，給用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)是當(dāng)今無線網(wǎng)絡(luò)中的重要研究內(nèi)容。在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中，無線信道的狀態(tài)，不同接入網(wǎng)的負(fù)載情況，各個(gè)覆蓋區(qū)

2、域的用戶速率等各種參數(shù)都是隨機(jī)變化的。甚至業(yè)務(wù)本身，例如視頻類業(yè)務(wù)每個(gè)時(shí)刻的編碼速率等也是隨機(jī)的。這使得資源分配算法變得十分復(fù)雜，因此需要一種合適的數(shù)學(xué)模型對網(wǎng)絡(luò)的這種隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。針對現(xiàn)有的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源分配問題研究的不足，本文結(jié)合李雅普諾夫優(yōu)化理論和博弈論對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了建模和分析，利用不同業(yè)務(wù)固有的特性，尤其是視頻類業(yè)務(wù)的可壓縮特點(diǎn)，提出了新的帶寬分配和網(wǎng)絡(luò)選擇的方案。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對機(jī)器對機(jī)器業(yè)務(wù)（M2M

3、，Machine to Machine）的時(shí)延容忍性提出了利用網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間對M2M業(yè)務(wù)進(jìn)行分散傳輸?shù)腻e(cuò)峰調(diào)度算法，來降低突發(fā)性M2M業(yè)務(wù)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。使用博弈論對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中，用戶之間，用戶和接入網(wǎng)之間，不同種類業(yè)務(wù)之間的資源競爭進(jìn)行建模和分析，提出了基于用戶間非合作博弈的網(wǎng)絡(luò)選擇算法，使每個(gè)用戶在獲得最大收益的同時(shí)，全體用戶總的收益也達(dá)到最優(yōu)。針對視頻類業(yè)務(wù)可以緩存的特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低的時(shí)候，給視頻業(yè)務(wù)分配多余的帶寬，從而在網(wǎng)絡(luò)負(fù)

4、載變重時(shí)，有緩存的視頻業(yè)務(wù)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(wǎng)間的資源競爭關(guān)系，提出了基于非合作博弈的網(wǎng)絡(luò)選擇和帶寬分配算法。⑵提出了一種基于最小化剩余服務(wù)時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)選擇算法，該算法可以在長時(shí)間尺度上對網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載進(jìn)行均衡，最小化了接入網(wǎng)剩余服務(wù)時(shí)間的時(shí)間期望，降低了視頻類業(yè)務(wù)的阻塞概率。用戶的網(wǎng)絡(luò)選擇，不僅會(huì)影響當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)中已有的用戶，也會(huì)影響后續(xù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)以及新到達(dá)的用戶。為了刻畫這種時(shí)間上連續(xù)耦

5、合的相互影響，使用了剩余服務(wù)時(shí)間的概念。接入網(wǎng)的剩余服務(wù)時(shí)間表示在當(dāng)前時(shí)刻，接入網(wǎng)服務(wù)完所有已接入業(yè)務(wù)所需要的時(shí)間。剩余服務(wù)時(shí)間不僅能表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀況，還隱含了后續(xù)時(shí)間里網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載變化。所提出的算法最小化了接入網(wǎng)中的剩余服務(wù)時(shí)間的期望，在長時(shí)間尺度上均衡了接入網(wǎng)的負(fù)載，減少了由于負(fù)載不均衡造成的用戶阻塞。為了解決用戶到達(dá)的隨機(jī)性的影響，使用李雅普諾夫優(yōu)化理論對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了建模，并證明了所提出的算法在保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的同時(shí)，還能夠支持最大

6、的用戶到達(dá)率。⑶提出了一種多優(yōu)先級(jí)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多路徑并行視頻傳輸算法。多路徑并行傳輸技術(shù)，是解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中視頻業(yè)務(wù)的帶寬需求爆炸性增長和無線網(wǎng)絡(luò)資源匱乏之間矛盾的一個(gè)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(gè)優(yōu)先級(jí)，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(fù)載計(jì)算每條路徑中圖像幀因超時(shí)被丟棄的概率，據(jù)此動(dòng)態(tài)的把