Svc視頻在認知無線電多信道中的傳輸調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于視頻編碼與傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種SVC視頻在認知無線電多信道中 的傳輸調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線環(huán)境中的視頻應(yīng)用越來越受到用戶的青睞，但同時這也帶來了諸多問題。首 先，我們知道一個視頻業(yè)務(wù)大多數(shù)情況下會比普通的音頻和文本業(yè)務(wù)占用更多的信道資 源，大量涌現(xiàn)的無線終端對視頻業(yè)務(wù)的請求也使得無線環(huán)境中的視頻流量所占比重以及視 頻流的總量越來越大，因此無線頻譜資源也就顯得相對稀缺。其次，無線信道受周圍環(huán)境的 影響較大，無線鏈路質(zhì)量有著較大的時變特性，進而使視頻流較好地適配這種時變的無線 信道是一個很大的挑戰(zhàn)。再次，無線終端種類繁多，其分辨率、處理能力、蓄電能力都可能差 距較大，單一的視頻源往往難以直接適配各種不同的無線終端。諸多問題也推動著無線環(huán) 境中視頻傳輸相關(guān)研究的發(fā)展。
[0003] 認知無線電（CognitiveRadio,CR)是一種通過頻譜感知和系統(tǒng)智能學習，來實現(xiàn) 頻譜的動態(tài)分配和頻譜共享的技術(shù)。它在不影響授權(quán)頻段正常通信的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)其中的空 閑頻譜并合理利用這些頻譜。CR在一定程度上改善了因頻譜的固定分配政策導致的頻譜資 源利用率低下的現(xiàn)狀，緩解了無線頻譜資源相對稀缺的狀況。在CR網(wǎng)絡(luò)中有主用戶和次級 用戶之分，次級用戶檢測多個信道的狀態(tài)，并只有在出現(xiàn)信道閑時才能接入信道并傳輸數(shù) 據(jù)。已有的研究中多采用固定時隙的動態(tài)頻譜接入方案，即一個時隙包括一個固定的探測 時長和一個固定的傳輸時長，且只有當根據(jù)探測結(jié)果判斷出信道為空閑時，方能接入信道 并傳輸數(shù)據(jù)。這種固定時隙的接入方案并沒有具體考慮信道對應(yīng)的主用戶的活動規(guī)律，因 此有可能招致諸多不必要的頻繁探測，這就降低了信道帶寬的利用率。一些研究考慮通過 自適應(yīng)調(diào)整探測時長和傳輸時長來減少不必要的信道探測，從而提高信道帶寬的利用率。 這些研究多是針對單一信道進行優(yōu)化，而沒有考慮多個信道之間的相互協(xié)調(diào)，因此各個信 道中的探測時段與傳輸時段的分界點的排布將毫無規(guī)律。當一個次級用戶同時監(jiān)視多個信 道時，次級用戶需要在探測時段與傳輸時段分界點處判斷信道狀態(tài)，并決策是否接入、發(fā)送 什么樣的數(shù)據(jù)。這種無規(guī)律的決策點排布將使得次級用戶的數(shù)據(jù)分派決策很難到達最優(yōu)。
[0004] 次級用戶的這種等待空閑信道出現(xiàn)的"機會主義"接入方式使得次級用戶的可用 帶寬變化較大。帶寬的不穩(wěn)定性在一定程度上加重了第一段中的問題二，即丟包敏感的視 頻業(yè)務(wù)較好適配CR網(wǎng)絡(luò)中的多信道將更加困難?？缮炜s視頻與其他的非可伸縮視頻相比 更能適應(yīng)這種網(wǎng)絡(luò)狀況不穩(wěn)定的CR網(wǎng)絡(luò)多信道場景。采用分層編碼結(jié)構(gòu)的ScalableVideo Coding(SVC)在時間、空間和質(zhì)量三個維度上都具有可伸縮性，它可以將一個視頻源編碼成 一個包含多個子流的SVC視頻流，其中每一個子流都能重構(gòu)出一個源視頻，只是在時間、空 間或質(zhì)量的分辨率上有差別而已。SVC的可伸縮特性使得編碼的視頻抗丟包能力突出，即便 在網(wǎng)絡(luò)狀況較差且不穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)中仍熱能夠得到相對較好的視頻質(zhì)量。
[0005] 已有的一些研究進一步優(yōu)化可伸縮視頻在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，但是這些研 究工作只是應(yīng)用了可伸縮視頻的固有優(yōu)勢，而沒有能進一步挖掘可伸縮視頻的靈活配置在 提高視頻對信道的適應(yīng)性上的效用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，為克服上述問題，通過進一步優(yōu)化認知無線電技術(shù)中的動態(tài) 頻譜接入方案提高信道帶寬利用率，這對促進帶寬消耗較大的無線視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展有較大 益處；另一方面采用了對信道有較好適應(yīng)性的SVC視頻，并進一步優(yōu)化了SVC視頻對時變 的、可靠性相異的認知無線電多信道的適應(yīng)性，最終優(yōu)化接收端視頻的質(zhì)量。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明提供一種SVC視頻在認知無線電多信道環(huán)境中的傳輸調(diào) 度方法，所述方法包含：首先為某個次級用戶探測的信道定義靈活因子，該靈活因子用于描 述信道的時隙長度；然后，基于靈活因子和主用戶活動規(guī)律得到探測的各信道的最優(yōu)靈活 因子；最后，依據(jù)最優(yōu)靈活因子判斷用戶能夠接入的信道以及用戶接入某個信道的傳輸時 隙的長度。
[0008] 可選的，上述傳輸調(diào)度方法包含如下步驟：
[0009] 步驟101)次級用戶在Ts時間段內(nèi)探測N個無線信道的空閑或忙碌狀態(tài)，然后定 義N個信道中的每個信道的時隙長度為一個固定時隙長度的0倍，所述0為靈活因子；
[0010] 步驟1〇2)
[0011] 建立主用戶的活動規(guī)律模型，依據(jù)模型獲得主用戶在某段時間段內(nèi)保持空閑狀態(tài) 或忙碌狀態(tài)的概率，并獲得主用戶在該段時間內(nèi)由忙碌轉(zhuǎn)換為空閑或由空閑轉(zhuǎn)換為忙碌的 概率；
[0012] 基于靈活因子、主用戶保持空閑狀態(tài)或忙碌狀態(tài)的概率、主用戶由忙碌轉(zhuǎn)換為空 閑及由空閑轉(zhuǎn)變?yōu)槊β档母怕?，獲得次級用戶與主用戶的碰撞概率；
[0013] 依據(jù)次級用戶與主用戶的碰撞概率不超過主用戶所能容忍的最大碰撞概率的原 貝1J，計算N個信道中每個信道的最優(yōu)靈活因子;
[0014] 步驟103)將最優(yōu)靈活因子大于等于1的信道作為次級用戶的可用信道，且所有的 可用信道的個數(shù)為G，其中G小于等于N;
[0015] 步驟104)將次級用戶接入可用信道，采用G個信道發(fā)送次級用戶的SVC視頻數(shù)據(jù)， 返回步驟101)，直至次級用戶的所有數(shù)據(jù)發(fā)送完成；
[0016] 其中，次級用戶接入G個空閑信道中的信道n進行SVC視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)時間 為"C?([ "，所述固定時隙長度為"Ts+Tt"，Tt為一固定大小的時間段。
[0017] 上述方案中，任意一個信道n的最優(yōu)靈活因子的計算公式如下：
【主權(quán)項】
1. 一種SVC視頻在認知無線電多信道中的傳輸調(diào)度方法，所述方法包含：首先為某個 次級用戶探測的信道定義靈活因子，該靈活因子用于描述信道的時隙長度；然后，基于靈活 因子和主用戶活動規(guī)律得到探測的各信道的最優(yōu)靈活因子；最后，依據(jù)最優(yōu)靈活因子判斷 用戶能夠接入的信道以及用戶接入某個信道的傳輸時段的長度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SVC視頻在認知無線電多信道中的傳輸調(diào)度方法，其特征在 于，所述傳輸調(diào)度方法具體包含： 步驟101)次級用戶在Ts時間段內(nèi)探測N個無線信道的空閑或忙碌狀態(tài)，然后定義N個 信道中的每個信道的時隙長度為一個固定時隙長度的Θ倍，所述Θ為靈活因子； 步驟102) 建立主用戶的活動規(guī)律模型，依據(jù)模型獲得主用戶在某段時間段內(nèi)保持空閑狀態(tài)或 忙碌狀態(tài)的概率，并獲得主用戶在該段時間內(nèi)由忙碌轉(zhuǎn)換為空閑或由空閑轉(zhuǎn)換為忙碌的概 率； 基于靈活因子、主用戶保持空閑狀態(tài)或忙碌狀態(tài)的概率、主用戶由忙碌轉(zhuǎn)換為空閑及 由空閑轉(zhuǎn)變?yōu)槊β档母怕?，獲得次級用戶與主用戶的碰撞概率； 依據(jù)次級用戶與主用戶的碰撞概率不超過主用戶所能容忍的最大碰撞概率的原則，計 算N個信道中每個信道的最優(yōu)靈活因子; 步驟103)將最優(yōu)靈活因子大于等于1的信道作為次級用戶的可用信道，且所有的可用 信道的個數(shù)為G，其中G小于等于N ; 步驟104)將次級用戶接入可用信道，采用G個信道發(fā)送次級用戶的SVC視頻數(shù)據(jù)，返 回步驟101)，直至次級用戶的所有數(shù)據(jù)發(fā)送完成； 其中，次級用戶接入G個空閑信道中的第η個信道進行SVC視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)時間 為"％識-廠"，所述固定時隙長度為"Ts+Tt"，Tt為一固定大小的時間段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的SVC視頻在認知無線電多信道中的傳輸調(diào)度方法，其特征在 于，任意一個信道η的最優(yōu)靈活因子的計算公式如下：
其中，Zf (妁為次級用戶與主用戶在信道η發(fā)生碰撞的概率，^為信道η上主用戶所 能容忍的最大的碰撞概率，所述信道η為N個信道中的某個信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的SVC視頻在認知無線電多信道中的傳輸調(diào)度方法，其特征在 于，所述C(的的計算公式為：
其中，if〇S￡)表示信道η在Se時刻空閑的概率，且Se為次級用戶探測信道的探測時段 Ts的結(jié)尾時刻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的SVC視頻在認知無線電多信道中的傳輸調(diào)度方法，其特征在 于，獲取P/(#)的步驟為： 步驟201)獲得主用戶活動規(guī)律模型的步驟，具體為： 主用戶的活動規(guī)律服從連續(xù)時間馬爾科夫模型，即主用戶的空閑與忙碌狀態(tài)之間的轉(zhuǎn) 移服從馬爾科夫特性，同時主