一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法，针对LTE系统中的实时视频业务，在传输视频数据包前，对视频包的重要性进行标记，并将视频包重要性标记值写入视频包的包头中；在传输过程中，获取信道速率效用因子wa、用户队列重要性效用因子wb、用户公平性效用因子wc；采用线性组合的方式将上述三个效用因子进行组合，得到单个用户的决策矢量；获取对LTE系统中的所有实时视频用户的决策矢量得到决策矩阵；按照决策矩阵逐资源块进行分配。本发明专利技术中提出的方法能兼顾用户视频质量，用户公平性以及系统吞吐量，并且提高终端用户接收的视频质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法。
技术介绍
3GPP组织在2004年底制定了无线长期演进计划即无线长期演进标准LTE（LongTermEvolution）和系统架构演进标准SAE（SystemArchitectureEvolution）。在LTE系统设计之初，其目标和需求就非常明确：降低时延，提高用户数据传输速率，提高系统容量和覆盖范围、降低运营成本等。LTE提出的工程目的是确保3GPP在未来持续的竞争力。作为未来通信系统的主要规范，LTE标准在提出之初就以更高的数据速率、更低的延迟、更好的用户体验为目标。LTE网络节点主要包括增强型NodeB和接入网关（MME/SAEGW）。3G的网络由基站(NB)、无线网络控制器(RNC)、服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)和网关通用分组无线业务支持节点(GGSN)4个网络节点组成。RNC的主要功能为无线资源管理，网络相关功能、无线资源控制(RRC)的维护和运行，网管系统的接口等。RNC的主要缺点为与空中接口相关的许多功能都在RNC中，导致资源分配和业务不能适配信道，协议结构过于复杂，不利于系统优化。在2006年3月的全会上，决定3GPPLTE网络由E-UTRAN基站(eNodeB)和接入网关(AGW)组成，网络结构扁平化。eNodeB的主要功能为：在附着状态选择AGW；寻呼信息和广播信息的发送；无线资源的动态分配，包括多小区无线资源管理；设置和提供eNodeB的测量；无线承载的控制；无线接纳控制；在激活状态的连接移动性控制。网络结构如图1所示，其中eNodeB与AGW之间的接口为S1接口，eNodeB与eNodeB之间的接口为X2接口。与空中接口相关的功能都被集中在eNodeB，无线链路控制(RLC)和媒体访问控制(MAC)都处于同一个网络节点，从而可以进行联合优化和设计。由于在LTE系统中接入网一侧只有一个节点—eNodeB，因此无线资源分配以及调度策略的功能都集中在其上。由于LTE系统下行采用OFDMA技术，该技术允许多个用户共享同一个子载波，从而提高频谱利用率以及系统性能。而如何将系统中的无线资源分配各个用户使用来满足其QoS需求，成为了LTE系统中无线资源分配的目标。同时，根据思科公司（Cisco）最近的研究报告VisualNetworkingIndex表明：随着视频多媒体应用在Internet网络中广泛普及，在2013里，IP网络流量将增长为2008年的5倍，其中超过90%的流量为视频业务所贡献。由此可见，视频多媒体业务将是未来网络数据量的主要贡献者。LTE标准的提出为视频业务在无线环境下的大规模应用提供了契机。同时由于视频业务本身的特性：时延要求高，差错不敏感以及数据速率要求高等，导致了针对视频业务尤其是实时视频业务其无线资源分配以及调度成为了研究的热点。LTE系统中的实时视频业务的调度策略已经成为了目前研究的重点。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法，同时考虑用户信道质量，用户队列延时状况以及用户间公平性，以最大化用户视频质量为目标的无线资源调度策略。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法，包括以下步骤：针对LTE系统中的实时视频业务，在传输视频数据包前，对视频包的重要性进行标记，并将视频包重要性标记值写入视频包的包头中；在传输过程中，从AMC模块中获取用户信道质量标识将其映射为信道速率效用因子wa，扫描MAC层用户队列获取视频包队列延迟并结合读取包头获得的视频包重要性标记值，映射为用户队列重要性效用因子wb，读取存储在MAC层调度器模块中的用户历史传输速率其映射为用户公平性效用因子wc；采用线性组合的方式将上述三个效用因子进行组合，得到单个用户的决策矢量；获取对LTE系统中的所有实时视频用户的决策矢量得到决策矩阵；按照决策矩阵逐资源块进行分配。所述视频包的重要性进行标记是通过优先级标记器按以下操作对视频数据包进行优先级标记：若视频流中总共有m个优先级，最高优先级1分配给I帧的数据包，最低优先级m分配给B帧的数据包，P帧的数据包的优先级则介于2和m之间，其优先级分配如下：其中为上取整函数，ip为P帧的索引，prio[ip]为第ip个P帧的数据包的优先级。所述重要性标记值越小表示该数据包的正确传输对于接收到的视频质量影响越大，其重要性越高。所述的信道速率效用因子wa的映射关系为：wa=Blog2(1+SNR)其中，B为一个RB的频域带宽，SNR为当前用户在该RB上的信噪比；当用户在该资源块上的可用信道速率越大，则该用户获得该资源块的优先级就越高。所述的用户队列重要性效用因子wb的映射关系为：其中，In,m表示第n个视频用户发送队列中第m个视频数据包的重要性标记值，Dn,m表示第n个视频用户发送队列中第m个视频数据包当前的时延，DTH表示数据包的超时丢包门限值，当用户视频队列中的数据包经历延时超过该门限后将被主动丢弃，M为该用户当前的发送队列长度。所述的用户公平性效用因子wc的映射关系为：其中tw表示时间窗的长度，表示在时间窗tw内第n个用户在第k个资源块上传输数据的总比特数。所述用户n的决策矢量的计算为：其中，为系统资源块的总数目，，，为线性系数，取值在0到1之间；当系统中的实时视频用户数目为N，则计算所有用户的决策矢量得到如下的决策矩阵：该矩阵的行列维数分别为LTE系统中的所有实时视频用户数目以及LTE系统帧中的物理资源块数目。所述按照决策矩阵逐资源块进行分配为：在一个调度周期中，对系统的每一资源块，将决策矩阵中的一列按照元素值降序排列，然后将该资源块分配给元素值最大的用户，当出现多个最大值时，则按照轮询的方式将该资源块分配给出现最大值的那几个用户；对系统中的每个资源块都按照上述方法进行分配，直到全部资源块分配完成。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法，同时考虑用户信道质量，用户队列延时状况以及用户间公平性，有利于最大化用户视频质量以及系统吞吐量。在进行分配时，首先计算视频包重要性参数；其次，对系统中的每一个资源块，利用计算出的视频包重要性标记值以及视频包延时状况，用户当前时刻信道质量，用户的历史平均速率计算当前用户在系统中所有资源块块上的效用，得到用户的决策矢量；最后，计算所有用户的决策矢量，形成系统的决策矩阵，依据该决策矩阵进行资源分配。分配的原则是，对于给定RB（ResourceBlo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：针对LTE系统中的实时视频业务，在传输视频数据包前，对视频包的重要性进行标记，并将视频包重要性标记值写入视频包的包头中；在传输过程中，从AMC模块中获取用户信道质量标识将其映射为信道速率效用因子wa，扫描MAC层用户队列获取视频包队列延迟并结合读取包头获得的视频包重要性标记值，映射为用户队列重要性效用因子wb，读取存储在MAC层调度器模块中的用户历史传输速率其映射为用户公平性效用因子wc；采用线性组合的方式将上述三个效用因子进行组合，得到单个用户的决策矢量；获取对LTE系统中的所有实时视频用户的决策矢量得到决策矩阵；按照决策矩阵逐资源块进行分配。

【技术特征摘要】
1.一种基于重要性标记的实时视频业务资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：针对LTE系统中的实时视频业务，在传输视频数据包前，对视频包的重要性进行标记，并将视频包重要性标记值写入视频包的包头中；在传输过程中，从AMC模块中获取用户信道质量标识将其映射为信道速率效用因子wa，扫描MAC层用户队列获取视频包队列延迟并结合读取包头获得的视频包重要性标记值，映射为用户队列重要性效用因子wb，读取存储在MAC层调度器模块中的用户历史传输速率将其映射为用户公平性效用因子wc；采用线性组合的方式将上述三个效用因子进行组合，得到单个用户的决策矢量；获取对LTE系统中的所有实时视频用户的决策矢量得到决策矩阵；按照决策矩阵逐资源块进行分配；将视频包的重要性进行标记是通过优先级标记器按以下操作对视频数据包进行优先级标记的：若视频流中总共有m个优先级，最高优先级1分配给I帧的数据包，最低优先级m分配给B帧的数据包，P帧的数据包的优先级则介于2和m之间，其优先级分配如下：其中为上取整函数，ip为P帧的索引，prio[ip]为第ip个P帧的数据包的优先级；所述的用户公平性效用因子wc的映射关系为：其中tw表示时间窗的长度，表示在时间窗tw内第n个用户在第k个资源块上传输数据的总比特数；用户n的决策矢量的计算为：其中，为系统资源块的总数目，为线性系数，取值在0到1之间；当系统中的实时视频用户数目为N...

【专利技术属性】
技术研发人员：董溢华，刘贵忠，陈雨辰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：