趙敏丞

【摘 要】無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信道質(zhì)量頻繁變化，傳輸帶寬也隨之改變，這些因素會(huì)嚴(yán)重影響視頻的傳輸質(zhì)量。為了在無(wú)線TDMA網(wǎng)絡(luò)中提高視頻業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量，本文提出了一種視頻特征感知的分布式無(wú)線資源分配方法（Video Context-aware Distributed Wireless Resource Allocation， VCDRA）。它涉及了視頻的碼率控制和分布式動(dòng)態(tài)時(shí)隙調(diào)整，視頻傳輸節(jié)點(diǎn)根據(jù)視頻業(yè)務(wù)的碼率失真特性和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，進(jìn)行分布式的時(shí)隙動(dòng)態(tài)調(diào)整和視頻碼率控制，提高全網(wǎng)視頻傳輸質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】上下文感知；TDMA；資源分配；碼率控制；分布式

0 引言

Ad Hoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中很多采用了時(shí)分多址（TDMA）的信道共享方式[1]。由于Ad Hoc無(wú)線網(wǎng)絡(luò)沒有中心節(jié)點(diǎn)，因此基于中心節(jié)點(diǎn)的集中式視頻傳輸方法（如無(wú)線局域網(wǎng)、蜂窩移動(dòng)網(wǎng)）不能滿足Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的需要。本文分析了無(wú)線動(dòng)態(tài)TDMA網(wǎng)絡(luò)的特征，對(duì)如何使得多個(gè)視頻終端更加高效動(dòng)態(tài)地共享無(wú)線信道資源和進(jìn)行視頻碼率控制進(jìn)行了研究。

無(wú)線TDMA網(wǎng)絡(luò)按時(shí)間片來(lái)規(guī)定每個(gè)成員信息發(fā)送時(shí)機(jī)。時(shí)隙分配通常有三種方式： 競(jìng)爭(zhēng)、固定和預(yù)約。競(jìng)爭(zhēng)方式可能會(huì)由于搶占沖突，特別在用戶數(shù)較多的情況下，會(huì)引起系統(tǒng)吞吐量下降。固定方式則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)成員的數(shù)量、成員信息業(yè)務(wù)量等情況統(tǒng)一規(guī)劃，預(yù)先產(chǎn)生固定的時(shí)隙分配規(guī)則，在運(yùn)行中保持不變。這樣的機(jī)制在成員入網(wǎng)、退網(wǎng)和成員業(yè)務(wù)信息有突發(fā)情況時(shí)都不適用。自組織時(shí)分多址（STDMA）[2]采用預(yù)約方式，每個(gè)用戶偵聽信道持續(xù)一段時(shí)間，獲取其它用戶的時(shí)隙占用情況，根據(jù)時(shí)隙選擇算法選擇該用戶自己需要的時(shí)隙，并進(jìn)行預(yù)約，形成時(shí)隙預(yù)約信息報(bào)文。所有用戶都構(gòu)造和維持著一張時(shí)隙狀態(tài)表，該表包含了所有用戶對(duì)時(shí)隙進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)約的信息，STDMA不需依賴于集中控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一分配。這種接入方式的動(dòng)態(tài)性和靈活性更強(qiáng)，但是可能存在隱藏終端問題。

在多用戶通信系統(tǒng)中，無(wú)線TDMA網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙資源分配決定無(wú)線帶寬的分配。如果帶寬分配不合理，無(wú)論如何調(diào)整視頻碼率，其傳輸質(zhì)量仍然難以改善。對(duì)視頻傳輸友好的資源分配策略需要考慮視頻質(zhì)量等諸多因素。本文提出的方法涉及了視頻的碼率控制和分布式動(dòng)態(tài)時(shí)隙調(diào)整。任意用戶通過監(jiān)聽TDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中所有視頻傳輸用戶的時(shí)隙使用情況，獲得全網(wǎng)在線視頻傳輸用戶的視頻傳輸狀況，并且所有在線視頻傳輸用戶共享視頻最低碼率需求信息。視頻傳輸節(jié)點(diǎn)根據(jù)視頻業(yè)務(wù)的碼率失真特性和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，進(jìn)行分布式的時(shí)隙動(dòng)態(tài)調(diào)整和碼率控制，提高全網(wǎng)視頻傳輸質(zhì)量。

1 視頻特征感知的分布式無(wú)線資源分配方法

在本方法中，任一終端包含了視頻速率需求分析模塊、監(jiān)聽視頻傳輸模塊、時(shí)隙調(diào)整及碼率聯(lián)合計(jì)算模塊和碼率控制模塊。這四個(gè)模塊相互配合工作，視頻速率需求分析模塊和監(jiān)聽視頻傳輸模塊可以獲取全網(wǎng)在線視頻傳輸用戶的動(dòng)態(tài)狀況，為時(shí)隙調(diào)整和碼率聯(lián)合計(jì)算提供輸入?yún)?shù)；時(shí)隙調(diào)整和碼率聯(lián)合計(jì)算是本方法的核心，計(jì)算出最佳的時(shí)隙分配方案和用戶應(yīng)采用的碼率值；最后碼率控制模塊根據(jù)推薦的碼率值控制視頻實(shí)時(shí)壓縮參數(shù)。

1.1 問題建模

2 仿真結(jié)果及分析

接下來(lái)我們用仿真對(duì)VCDRA標(biāo)記算法與輪詢（Round Robin）算法進(jìn)行性能對(duì)比。仿真基于matlab仿真工具，我們采用JSVM工具來(lái)對(duì)CIF視頻“News”，“Hall”， “Foreman”進(jìn)行編碼。視頻壓縮采用JSVM的默認(rèn)壓縮參數(shù)。

在仿真過程中，系統(tǒng)總共包含了若干個(gè)用戶。每個(gè)用戶向隨機(jī)若干個(gè)其它用戶發(fā)送視頻業(yè)務(wù)。圖1展示了不同用戶情況下，用戶接受的平均視頻質(zhì)量。隨著用戶數(shù)的增多，用戶接收的平均視頻質(zhì)量逐步下降。VCDRA總體上優(yōu)于RR算法，其用戶接受的平均視頻質(zhì)量高于RR算法。

3 結(jié)論

本文提出了一種視頻特征感知的分布式無(wú)線資源分配方法。它能夠根據(jù)用戶請(qǐng)求的情況和視頻碼率的特征進(jìn)行視頻碼率控制和分布式動(dòng)態(tài)時(shí)隙調(diào)整，提高全網(wǎng)視頻傳輸質(zhì)量。Matlab仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明VCDRA能夠有效地增強(qiáng)多媒體視頻的質(zhì)量，提高全網(wǎng)的視頻傳輸質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]嚴(yán)忠，齊忠杰.動(dòng)態(tài)TDMA資源分配方法研究與實(shí)現(xiàn)[J].移動(dòng)通信，2010，6：41-44.

[2]黃凱，毛玉泉，苗強(qiáng)，戚云軍.STDMA 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)時(shí)隙分配研究[J].航空電子技術(shù)，2005，36（3）：25-29.

[責(zé)任編輯：湯靜]