下一代小蜂窩網(wǎng)絡(luò)的多媒體業(yè)務(wù)的多播無線資源管理研究.pdf

1、移動寬帶連接數(shù)和網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸性增長將給下一代無線接入網(wǎng)絡(luò)帶來更高的要求和更艱巨的挑戰(zhàn)，例如：覆蓋密度、容量和用戶體驗質(zhì)量等。小蜂窩基站相對于傳統(tǒng)宏蜂窩基站更加靠近用戶，通過對宏基站的流量卸載來緩解網(wǎng)絡(luò)流量的爆炸性增長問題。據(jù)預(yù)測，以視頻為代表的傳統(tǒng)多媒體業(yè)務(wù)將占據(jù)90％的網(wǎng)絡(luò)流量，而以超高清視頻為特點的新型多媒體業(yè)務(wù)已顯得越來越受歡迎，可能成為未來的主流業(yè)務(wù)。其典型應(yīng)用場景包括虛擬現(xiàn)實（virtual reality）和增強現(xiàn)實（au

2、gmented reality）等。除了超高清晰度特點，新型多媒體業(yè)務(wù)還具有其他特點，例如：多視角與自由切換、超高帶寬、超高服務(wù)質(zhì)量（quality-of-service，QoS）等，這些新特點將給傳統(tǒng)小蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來新挑戰(zhàn)。針對挑戰(zhàn)，本文立足無線通信網(wǎng)絡(luò)，面向高清圖像視頻業(yè)務(wù)的傳輸，以新型多媒體業(yè)務(wù)為主題，無線多播為主線，從多播源、多播組和多播傳輸?shù)热齻€方面，面向即將承載新型多媒體業(yè)務(wù)的下一代小蜂窩網(wǎng)絡(luò)展開資源管理方面的研究并提出解決方

3、案，所研究的問題具體包括：
　　一、在多播源方面：
　　1）面向具有實時多視角特點的新型多媒體業(yè)務(wù)，探討多媒體業(yè)務(wù)的多播源管理，研究基于緩存技術(shù)的解決方案。建立緩存約束下的系統(tǒng)最大化吞吐率優(yōu)化模型，提出業(yè)務(wù)的緩存代價公式、多播組覆蓋概率和各態(tài)歷經(jīng)（Ergodic）速率公式、中繼選擇算法，解決多個視頻流在網(wǎng)絡(luò)中的不同步傳輸影響業(yè)務(wù)的自由切換體驗。經(jīng)理論分析和仿真，所提算法在中繼選擇增益和系統(tǒng)吞吐率性能方面相對于已有算法有顯著提

4、升，同時可以接近理論最優(yōu)值。
　　2）面向具有超高清晰度、超高帶寬需求的新型多媒體業(yè)務(wù)，探討多媒體業(yè)務(wù)的多播源管理，研究基于移動邊緣計算技術(shù)的解決方案。建立用戶滿意度與帶寬需求比的優(yōu)化模型，提出結(jié)合拉格朗日和級數(shù)法的求解方法，解決因硬件解碼能力受限對用戶向新業(yè)務(wù)快速遷移的影響。經(jīng)理論分析和仿真，本節(jié)工作相比于已有工作可以改善用戶的硬件受限困境，提升多播系統(tǒng)的滿意度與帶寬需求比。
　　二、在多播組方面：
　　1）面向具有

5、實時多視角特點的新型多媒體業(yè)務(wù)，探討多媒體業(yè)務(wù)的多播組管理，研究基于冗余的多播組劃分方案。建立冗余視頻分割模型和多播組分割模型，提出基站帶寬節(jié)省值表達式，解決具有冗余的多個視角視頻流在無線網(wǎng)絡(luò)中的帶寬資源浪費問題。經(jīng)理論分析和仿真，所提模型可以顯著的節(jié)省視頻傳輸帶寬，有效的降低系統(tǒng)總體的帶寬消耗和功率消耗。
　　2）面向具有多視角、自由切換特點的新型多媒體業(yè)務(wù)，探討多媒體業(yè)務(wù)的多播組管理，研究基于用戶移動和視頻切換的多播組劃分方案

6、。建立基于移動和切換的馬爾科夫模型和多播系統(tǒng)吞吐率最大化優(yōu)化模型，提出區(qū)域選擇算法，解決用戶的自由視角切換帶給多播組用戶的頻繁變更問題。經(jīng)理論分析和仿真，在不同的多播組數(shù)目和用戶分布下，所提算法的性能優(yōu)于已有算法，且更加接近于最優(yōu)解。
　　三、在多播傳輸方面：
　　1）面向具有超高分辨率、超高服務(wù)質(zhì)量（QoS）需求的新型多媒體業(yè)務(wù)，探討多媒體業(yè)務(wù)的多播傳輸管理，研究面向軟頻率復(fù)用與多播傳輸相結(jié)合場景下的資源管理。建立QoS約

7、束下多播系統(tǒng)功率最小化的優(yōu)化模型，提出理論求解方法以及相應(yīng)的資源分配算法，解決無線網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)邊緣用戶因受到干擾而影響用戶QoS的問題。經(jīng)理論分析和仿真，在不同多播組數(shù)目下，所提算法在系統(tǒng)功率開銷方面的性能優(yōu)于已有算法且可以接近最優(yōu)解。
　　2）面向具有超高帶寬需求的新型多媒體業(yè)務(wù)，探討多媒體業(yè)務(wù)的多播傳輸管理，研究基于用戶間通信的多播組與傳統(tǒng)多播組共存場景下的資源管理。建立多種多播組之間協(xié)同調(diào)度下的最大化吞吐率的優(yōu)化模型，提出資源