[发明专利]基于无线多媒体网络的无线通信信道资源优化方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及无线通信信道的资源优化方法，尤其涉及传输速率可弹性调整的无线多媒体网络无线通信信道资源的优化配置方法。

背景技术

近年来，随着多媒体业务的广泛应用，在以服务为导向的无线宽带网络中，多媒体服务如何及时有效地传递到终端用户已经成为了无线通信研究领域一个非常重要的研究课题。不同于传统的数据服务应用，多媒体业务通常能够根据可用的网络资源自动采用不同的速率进行传输。例如，一个多层次的视频编码系统能够将原始的视频数据进行编码，然后分别放进各种优先级别不同的层次中(例如基层和增强层)进行传输。基层传输包含有基本的视频数据信息，而增强层则提供了相比基层信息质量更高的视频数据信息。因此，多媒体数据可以使用多重速率来进行传输。通常来讲，同样的视频分别用低速率和高速率进行传输，那么以低速率传输的视频质量一定没有以高速率传输的视频质量高；而另一方面，对于传输质量相同的视频来说，以低速率传输的速度显然没有以高速率传输的速度快。因此，传输质量和传输速度都是无线多媒体的服务质量(QoS)和移动用户满意度的关键指标。为了实现既能有效地利用无线通信信道资源同时又能满足移动用户对无线多媒体服务传输质量和传输速率的要求，因此对于传输速率可以变化的多媒体业务，根据传输质量以及用户满意度的不同需求而对无线多媒体服务灵活地采用不同的传输速率、分配不同的无线通信信道资源就成为了当前无线通信系统一个非常紧迫急待解决的关键问题。

网络资源分配在以前的工作中已经有了很多相关研究。通常来讲，网络资源分配可以被分为2大类：静态和动态资源。在一个静态的资源分配系统中，资源分配调度器基于静态的网络和用户信息(例如激活的用户数，用户对数据流量及其服务质量的需求，以及可用的网络带宽等)来分配网络资源(例如无线网络带宽，频谱，功率等)在文献(L.X.Cai，L.Cai，X.Shen，and J.W.Mark，“REX：a randomized exclusive region based scheduling scheme for mm Wave WPANs with directional antenna，”IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.9，no.1，pp.113-121，2010)，(F.Hou，L.X.Cai，P.H.Ho，X.Shen，and J.Zhang，“A cooperative multicast scheduling scheme for multimedia services in IEEE 802.16networks，”IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.8，no.3，pp.1508-1519，2009)。但实际上，由于用户动态的接入和离开网络，因此用户对网络资源的需求是随着时间而变化的。因此，与静态网络资源分配相比较，动态网络资源分配能够比较准确地表示网络资源的动态变化，因此也就能获得更好的性能。在文献(H.Yaiche，R.R.Mazumdar，and C.Rosenberg，“A game theoretic framework for bandwidth allocation and pricing in broadband networks，”IEEE/ACM Transactions on Networking，vol 8，no.5，pp.667-678，2000)中，在假设用户数量是固定的条件下，对于弹性的可变速率业务，作者提出了一种基于博弈论模型的动态带宽分配方案。与此同时，也有一些文献对在无线通信信道上传输的视频业务如何进行资源优化分配进行了一定的研究。文献(L.X.Cai，X.Shen，J.W.Mark，and L.Cai，“Supporting voice and video applications over IEEE 802.11nWLANs”ACM/Wireless Networks，vol.15，no.4，pp.443-454，May，2009)分析研究了无线局域网(WLAN)的容量，将其定义为网络中可以支持的语音和视频流的最大数目。文献(J.Xu，X.Shen，J.W.Mark，and J.Cai，“Adaptive transmission of multilayered video over wireless fading channels，”IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.6，no.6，pp.2305-2314，2007)针对在无线衰减信道上的视频传输，将信道衰减建模为一个有限状态的马尔可夫信道模型，同时提出了3种速率适配方案。在文献(H.Jiang，W.Zhuang，and X.Shen，“Resource allocation with service differtiation for wireless video transmission，”IEEE Transactions on Wireless Communications，vol.5，no.6，pp.1456-1468，June 2006)中，针对各种不同多媒体业务的差异，为了能根据不同用户对网络资源的不同需求来动态分配无线通信信道资源，作者对无线视频传输提出了一个跨层的无线通信信道资源分配方案。文献(S.Kalyanasundaram，E.K.P.Chong，and N.B.Shroff，“Optimal resource allocation in multi-class networks with user-specified utility functions，”Computer Networks，vol.38，no.5，pp.613-630，2002)根据移动用户动态地接入以及释放无线通信信道的随机过程，将无线通信信道资源分配建模为一个马尔可夫决策过程，并对这一过程做出了优化决策，以期能获得最大化的系统总收益。该文只是运用了一个简单的收益模型，其系统收益随着接入用户数量的增加而增加，但是并没有考虑在接入用户过程中所产生的费用。另外，阻塞率是多媒体服务的一个重要的服务质量(QoS)指标，该文也没有对其进行进一步的分析讨论。