SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法技术

本发明专利技术提出了一种SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法，所述方法一方面提供了一个考虑了主用户的活动规律基于灵活时隙的动态频谱接入方案，减少不必要的信道探测，进一步提高了无线信道带宽的利用率；另一方面本发明专利技术还提供一个SVC视频与认知无线电多信道的分等级匹配策略，通过合理分配SVC视频数据的优先级、安排SVC视频数据的发送顺序和SVC视频数据与认知无线电多信道的动态适配，能够使得在一个长期时间范围内重要性较高的SVC数据通过可靠性较高的无线信道资源进行发送，重要性较低的SVC视频数据通过可靠性较低的信道资源进行发送。通过两方面的优化，使更多的视频数据成功传输，且接收的视频数据的有效性较高，最终优化了接收到的视频的质量。

【技术实现步骤摘要】
SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法
本专利技术属于视频编码与传输领域，具体涉及一种SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法。
技术介绍
无线环境中的视频应用越来越受到用户的青睐，但同时这也带来了诸多问题。首先，我们知道一个视频业务大多数情况下会比普通的音频和文本业务占用更多的信道资源，大量涌现的无线终端对视频业务的请求也使得无线环境中的视频流量所占比重以及视频流的总量越来越大，因此无线频谱资源也就显得相对稀缺。其次，无线信道受周围环境的影响较大，无线链路质量有着较大的时变特性，进而使视频流较好地适配这种时变的无线信道是一个很大的挑战。再次，无线终端种类繁多，其分辨率、处理能力、蓄电能力都可能差距较大，单一的视频源往往难以直接适配各种不同的无线终端。诸多问题也推动着无线环境中视频传输相关研究的发展。认知无线电(CognitiveRadio,CR)是一种通过频谱感知和系统智能学习，来实现频谱的动态分配和频谱共享的技术。它在不影响授权频段正常通信的基础上发现其中的空闲频谱并合理利用这些频谱。CR在一定程度上改善了因频谱的固定分配政策导致的频谱资源利用率低下的现状，缓解了无线频谱资源相对稀缺的状况。在CR网络中有主用户和次级用户之分，次级用户检测多个信道的状态，并只有在出现信道闲时才能接入信道并传输数据。已有的研究中多采用固定时隙的动态频谱接入方案，即一个时隙包括一个固定的探测时长和一个固定的传输时长，且只有当根据探测结果判断出信道为空闲时，方能接入信道并传输数据。这种固定时隙的接入方案并没有具体考虑信道对应的主用户的活动规律，因此有可能招致诸多不必要的频繁探测，这就降低了信道带宽的利用率。一些研究考虑通过自适应调整探测时长和传输时长来减少不必要的信道探测，从而提高信道带宽的利用率。这些研究多是针对单一信道进行优化，而没有考虑多个信道之间的相互协调，因此各个信道中的探测时段与传输时段的分界点的排布将毫无规律。当一个次级用户同时监视多个信道时，次级用户需要在探测时段与传输时段分界点处判断信道状态，并决策是否接入、发送什么样的数据。这种无规律的决策点排布将使得次级用户的数据分派决策很难到达最优。次级用户的这种等待空闲信道出现的“机会主义”接入方式使得次级用户的可用带宽变化较大。带宽的不稳定性在一定程度上加重了第一段中的问题二，即丢包敏感的视频业务较好适配CR网络中的多信道将更加困难。可伸缩视频与其他的非可伸缩视频相比更能适应这种网络状况不稳定的CR网络多信道场景。采用分层编码结构的ScalableVideoCoding（SVC）在时间、空间和质量三个维度上都具有可伸缩性，它可以将一个视频源编码成一个包含多个子流的SVC视频流，其中每一个子流都能重构出一个源视频，只是在时间、空间或质量的分辨率上有差别而已。SVC的可伸缩特性使得编码的视频抗丢包能力突出，即便在网络状况较差且不稳定的无线网络中仍热能够得到相对较好的视频质量。已有的一些研究进一步优化可伸缩视频在认知无线电网络中的传输，但是这些研究工作只是应用了可伸缩视频的固有优势，而没有能进一步挖掘可伸缩视频的灵活配置在提高视频对信道的适应性上的效用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服上述问题，通过进一步优化认知无线电技术中的动态频谱接入方案提高信道带宽利用率，这对促进带宽消耗较大的无线视频业务的发展有较大益处；另一方面采用了对信道有较好适应性的SVC视频，并进一步优化了SVC视频对时变的、可靠性相异的认知无线电多信道的适应性，最终优化接收端视频的质量。为达到上述目的，本专利技术提供一种SVC视频在认知无线电多信道环境中的传输调度方法，所述方法包含：首先为某个次级用户探测的信道定义灵活因子，该灵活因子用于描述信道的时隙长度；然后，基于灵活因子和主用户活动规律得到探测的各信道的最优灵活因子；最后，依据最优灵活因子判断用户能够接入的信道以及用户接入某个信道的传输时隙的长度。可选的，上述传输调度方法包含如下步骤：步骤101）次级用户在Ts时间段内探测N个无线信道的空闲或忙碌状态，然后定义N个信道中的每个信道的时隙长度为一个固定时隙长度的θ倍，所述θ为灵活因子；步骤102）建立主用户的活动规律模型，依据模型获得主用户在某段时间段内保持空闲状态或忙碌状态的概率，并获得主用户在该段时间内由忙碌转换为空闲或由空闲转换为忙碌的概率；基于灵活因子、主用户保持空闲状态或忙碌状态的概率、主用户由忙碌转换为空闲及由空闲转变为忙碌的概率，获得次级用户与主用户的碰撞概率；依据次级用户与主用户的碰撞概率不超过主用户所能容忍的最大碰撞概率的原则，计算N个信道中每个信道的最优灵活因子步骤103）将最优灵活因子大于等于1的信道作为次级用户的可用信道，且所有的可用信道的个数为G，其中G小于等于N；步骤104）将次级用户接入可用信道，采用G个信道发送次级用户的SVC视频数据，返回步骤101），直至次级用户的所有数据发送完成；其中，次级用户接入G个空闲信道中的信道n进行SVC视频数据传输的持续时间为所述固定时隙长度为“Ts+Tt”，Tt为一固定大小的时间段。上述方案中，任意一个信道n的最优灵活因子的计算公式如下：其中，为次级用户与主用户在信道n发生碰撞的概率，为信道n上主用户所能容忍的最大的碰撞概率，所述信道n为N个信道中的某个信道。可选的，上述的计算公式为：其中，表示信道n在SE时刻空闲的概率，且SE为次级用户探测信道的探测时段Ts的结尾时刻。可选的，获取的步骤为：步骤201）获得主用户活动规律模型的步骤，具体为：主用户的活动规律服从连续时间马尔科夫模型，即主用户的空闲与忙碌状态之间的转移服从马尔科夫特性，同时主用户的“忙碌和空闲”两个状态的持续时间分别服从如下负指数分布，获得了如下负指数分布即获得了主用户活动规律模型：上述fI(t)表示信道n中的主用户空闲的概率密度函数在t时刻的取值，αn的取值根据信道n中主用户活动的历史数据获得，该值等于信道n中主用户处于空闲时段的时长的期望值的倒数；fB(t)表示信道n中的主用户忙碌的概率密度函数在t时刻的取值，βn的取值等于根据信道n中主用户活动的历史数据获得，该值等于信道n中主用户处于忙碌时段的时长的期望值的倒数；步骤202）根据得到的主用户的活动规律模型，依据如下公式预测在（0，ε）时间段内，主用户所占信道n的空闲或忙碌的概率：其中，FI(ε)和FB(ε)分别为主用户在从t=0时刻至t=ε时刻的时间段内保持空闲状态和忙碌状态的概率；“1-FI(ε)”为主用户从t=0时刻至t=ε时刻的时间段内由空闲变换为忙碌的概率；1-FB(ε)为主用户从t=0时刻至t=ε时刻的时间段内由忙碌变换为空闲的概率；步骤203）定义信道n在次级用户的探测结束时刻SE时的实际空闲的概率为：其中，次级用户对信道n的探测时段从SB时刻开始，到SE时刻结束；RS为次级用户在每次对信道n的探测完成时刻，即SE时刻，得到一个探测结果，且RS=0代表探测的结果为空闲状态，RS=1代表探测的结果为忙碌状态；γn为虚警发生的概率，即当信道实际为空闲状态，即AS=0，但探测结果为忙碌，即RS=1；δn为漏警发生的概率，即当信道实际为忙碌状态，即AS=1，但探测结果为空闲状态，即RS=本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法，所述方法包含：首先为某个次级用户探测的信道定义灵活因子，该灵活因子用于描述信道的时隙长度；然后，基于灵活因子和主用户活动规律得到探测的各信道的最优灵活因子；最后，依据最优灵活因子判断用户能够接入的信道以及用户接入某个信道的传输时段的长度。

【技术特征摘要】
1.一种SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法，所述方法包含：首先为某个次级用户探测的信道定义灵活因子，该灵活因子用于描述信道的时隙长度；然后，基于灵活因子和主用户活动规律得到探测的各信道的最优灵活因子；最后，依据最优灵活因子判断用户能够接入的信道以及用户接入某个信道的传输时段的长度；所述传输调度方法具体包含：步骤101)次级用户在Ts时间段内探测N个无线信道的空闲或忙碌状态，然后定义N个信道中的每个信道的时隙长度为一个固定时隙长度的θ倍，所述θ为灵活因子；步骤102)建立主用户的活动规律模型，依据模型获得主用户在某段时间段内保持空闲状态或忙碌状态的概率，并获得主用户在该段时间内由忙碌转换为空闲或由空闲转换为忙碌的概率；基于灵活因子、主用户保持空闲状态或忙碌状态的概率、主用户由忙碌转换为空闲及由空闲转变为忙碌的概率，获得次级用户与主用户的碰撞概率；依据次级用户与主用户的碰撞概率不超过主用户所能容忍的最大碰撞概率的原则，计算N个信道中每个信道的最优灵活因子步骤103)将最优灵活因子大于等于1的信道作为次级用户的可用信道，且所有的可用信道的个数为G，其中G小于等于N；步骤104)将次级用户接入可用信道，采用G个信道发送次级用户的SVC视频数据，返回步骤101)，直至次级用户的所有数据发送完成；其中，次级用户接入G个空闲信道中的第n个信道进行SVC视频数据传输的持续时间为所述固定时隙长度为“Ts+Tt”，Tt为一固定大小的时间段。2.根据权利要求1所述的SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法，其特征在于，任意一个信道n的最优灵活因子的计算公式如下：其中，为次级用户与主用户在信道n发生碰撞的概率，为信道n上主用户所能容忍的最大的碰撞概率，所述信道n为N个信道中的某个信道。3.根据权利要求2所述的SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法，其特征在于，所述的计算公式为：其中，表示信道n在SE时刻空闲的概率，且SE为次级用户探测信道的探测时段Ts的结尾时刻，αn的取值根据信道n中主用户活动的历史数据获得，该值等于信道n中主用户处于空闲时段的时长的期望值的倒数。4.根据权利要求3所述的SVC视频在认知无线电多信道中的传输调度方法，其特征在于，获取的步骤为：步骤201)获得主用户活动规律模型的步骤，具体为：主用户的活动规律服从连续时间马尔科夫模型，即主用户的空闲与忙碌状态之间的转移服从马尔科夫特性，同时主用户的“忙碌和空闲”两个状态的持续时间分别服从如下负指数分布，获得了如下负指数分布即获得了主用户活动规律模型：上述fI(t)表示信道n中的主用户空闲的概率密度函数在t时刻的取值，αn的取值根据信道n中主用户活动的历史数据获得，该值等于信道n中主用户处于空闲时段的时长的期望值的倒数；fB(t)表示信道n中的主用户忙碌的概率密度函数在t时刻的取值，βn的取值根据信道n中主用户活动的历史数据获得，该值等于信道n中主用户处于忙碌时段的时长的期望值的倒数；步骤202)根据得到的主用户的活动规律模型，依据如下公式预测在(0，ε)时间段内，主用户所占信道n的空闲或忙碌的概率：其中，FI(ε)和FB(ε)分别为主用户在从t＝0时刻至t＝ε时刻的时间段内保持空闲状态和忙碌状态的概率；“1-FI(ε)”为主用户从t＝0时刻至t＝ε时刻的时间段内由空闲变换为忙碌的概率；1-FB(ε)为主用户从t＝0时刻至t＝ε时刻的时间段内由忙碌变换为空闲的概率；步骤203)定义信道n在次级用户的探测结束时刻SE时的实际空闲的概率为：其中，次级用户对信道n的探测时段从SB时刻开始，到SE时刻结束；RS为次级用户在每次对信道n的探测完成时刻，即SE时刻，得到的一个探测结果，且RS＝0代表探测的结果为空闲状态，RS＝1代表探测的结果为忙碌状态；γn为虚警发生的概率，即当信道实际为空闲状态，即AS＝0，但探测结果为忙碌，即RS＝1；δn为漏警发生的概率，即当信道实际为忙碌状态，即AS＝1，但探测结果为空闲状态，即RS＝0；步骤204)依据FI(ε)、FB(ε)、1-FI(ε)和1-FB(ε)获得P(AS＝0)和P(AS＝1)的值，具体为：

【专利技术属性】
技术研发人员：要瑞宵，刘延伟，赵平华，慈松，谭红艳，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11