本發(fā)明涉及無線通信領域，具體的說是一種多基站系統(tǒng)中可伸縮視頻的多播資源分配、功率分配及傳輸方法。
背景技術：
：隨著電信技術的發(fā)展，3G和4G技術已經(jīng)被用于視頻點播，在線視頻，在線游戲IPTV等等，下一代無線通信技術5G面向2020年無線移動網(wǎng)絡整體需要具備1000倍的移動流量提供能力，單位面積吞吐量需要達到目前4G的1000倍甚至更高(100Gbps/km2以上)。其中視頻服務占據(jù)79％的市場總流量。所以，為了提高蜂窩網(wǎng)絡的整體性能，提高日益短缺的頻譜資源利用率，滿足設備對傳輸速率的需求的相關技術成為當前技術研究的熱點。為了合理的分配視頻多播組的有限資源，在下一代移動通信網(wǎng)絡中解決視頻多播中資源分配的兩個關鍵性技術：自適應調制編碼技術(Adaptivemodulationandcoding，AMC)和可伸縮視頻編碼(ScalableVideoCoding，SVC)技術，使得網(wǎng)絡環(huán)境內的移動設備的接收到更好的視頻質量，提高系統(tǒng)的整體效用。LiPL，ZhangHH，ZhangBH，etal..Scalablevideomulticastwithadaptivemodulationandcodinginbroadbandwirelessdatasystem[J].IEEETransactionnetworking，2012在基于可伸縮視頻多播的自適應調制編碼的模型基礎上提出了動態(tài)規(guī)劃算法來求解資源分配的最優(yōu)解，但是其復雜度較高，在實際的傳輸中并不能達到實時性的要求。而且所有以上的研究成果都是在單基站系統(tǒng)下，即一個區(qū)域內的用戶只能被一個基站所覆蓋，所以性能并不能得到有效的提高。BurchardtH,HaasH,etal..Multicellcooperation:evolutionofcoordinationandcooperationinlarge-scalenetworks[C].IEEEMWC,2013提出了一種分布式協(xié)作控制的多基站系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中每個基站能夠協(xié)作的為小區(qū)的邊緣用戶提供數(shù)據(jù)服務并且能夠獨立的選擇自己的數(shù)據(jù)傳輸方案，并且為了更好的協(xié)作進行數(shù)據(jù)傳輸，但是不能完全解決有些邊緣用戶不能夠接收到傳輸數(shù)據(jù)。LiJ，BaoZM，ZhangCX，etal..ScalableVideoMulticastwithJointResourceAllocationandAdaptiveModulationandCodingoverMultipleBaseStationNetworks[C].IEEEInternationalConferenceonNetworking，SensingandControl(ICNSC)，TaipeiApril2015:134-139.中的分層視頻多播中只是提到資源粒子的分配，沒有考慮到功率分配，很多邊緣設備由于信道質量差，可能無法接收信號，導致系統(tǒng)的整體效用函數(shù)值很低。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種基于多基站異構網(wǎng)絡中可伸縮視頻的多播資源分配及傳輸方法，以期能有效利用頻譜資源，增加整個系統(tǒng)的效用值，有效提高網(wǎng)絡環(huán)境整體的吞吐量，從而為用戶提供到更好的視頻服務質量。本發(fā)明為達到上述發(fā)明目的采用如下技術方案：本發(fā)明一種基于多基站異構網(wǎng)絡中可伸縮視頻的多播資源分配及傳輸方法的特點是，所述多基站異構網(wǎng)絡是由服務器、基站控制中心BSC、K個基站、N個用戶組成；在所述多基站異構網(wǎng)絡中，K個基站使用不同的頻段來傳輸數(shù)據(jù)；第i個用戶能夠接收到任意一個基站傳輸過來的數(shù)據(jù)，1≤i≤N；假設基站要傳輸S個視頻流給N個用戶，且Ns個用戶需要訂閱S個視頻流中的第s個視頻流，1≤s≤S；則基站控制中心BSC是按如下步驟進行S個視頻流內的資源粒子的分配及傳輸：步驟1、令所述基站控制中心BSC將K個基站進行分組，得到若干種分組方案，所述分組方法為基站之間的任意組合；步驟2、所述服務器中視頻編碼器將所述S個視頻流中的每個視頻流分割成一個基礎層和L個加強層，并通過光纖傳輸給所述基站控制中心BSC；其中，令所述第s個視頻流的第l個視頻層的傳輸速率為1≤l≤L+1；步驟3、令所述基站控制中心BSC的調制編碼方式為MCS＝{MCS1,MCS2,...,MCSm,...,MCSM}；MCSm表示第m種調制編碼方式；所述M種調制編碼方式MCS是按照消耗的資源粒子數(shù)從大到小排列而成的，1≤m≤M；令基站控制中心BSC對第s個視頻流的第l個視頻層的功率分配方案為第n種功率值Pn；1≤n≤D；D表示所述功率分配方案的總數(shù)，所述D種功率分配方案所對應的D種功率值是按照消耗的功率從小到大排列的；步驟4、所述基站控制中心BSC以min{t·p}原則，為所述第s個視頻流的基礎層選擇相應的調制編碼方式、功率分配方案和傳輸?shù)幕?，從而使得Ns個用戶都能接收到所述第s個視頻流的基礎層；進而使得所有用戶都能接收到所述S個視頻流的基礎層；t表示第s個視頻流的基礎層所消耗的資源粒子數(shù)；p表示第s個視頻流的基礎層所消耗的功率；步驟5、利用遺傳算法為所述S個視頻流的每個加強層選擇相應的調制編碼方案、功率分配方案及傳輸?shù)幕?；從而完成實現(xiàn)S個視頻流內資源粒子的分配；步驟6、所述K個基站根據(jù)每個視頻層分配的調制編碼方案，并按照各個視頻層的傳輸速率，通過消耗一定的資源粒子數(shù)和功率，從而向N個用戶傳輸相應的視頻層，進而完成S個視頻流的傳輸；步驟7、利用式(1)計算N個用戶的效用值之和U：目標函數(shù)：約束條件：式(1)表示N個用戶的累計效用函數(shù)值；式(1)中，ri表示第i個用戶的累計速率；U(ri)表示第i個用戶的效用函數(shù)值；式(2)表示每個視頻流的每一層只能用一種編碼調制方案進行傳輸，式(2)中為編碼指示函數(shù)，表示當?shù)趕個視頻流的第l個視頻層使用第m種調制編碼方式MCSm進行傳輸時，編碼指示函數(shù)為1，否則，編碼指示函數(shù)為0；式(3)表示傳輸S個視頻流的基礎層和加強層時，分配在每個子載波上的功率的總和不能夠超過發(fā)射的總功率P；式(3)中，js,l表示傳輸?shù)趕個視頻流的第l個視頻層所占用的子載波，表示傳輸?shù)趕個視頻流的第l個視頻層時，分配在子載波js,l上的功率；式(4)表示傳輸S個視頻流的每個視頻層消耗的資源粒子數(shù)目總和不能多于整個網(wǎng)絡自身所擁有的資源粒子數(shù)T；式(4)中，表示第s個視頻流的第l個視頻層在傳輸速率下使用第m種調制編碼方式MCSm進行調制編碼時所消耗的資源粒子數(shù)。本發(fā)明所述的多播資源分配及傳輸方法的特點也在于，所述步驟4中的以min{t·p}原則，為所述第s個視頻流的基礎層選擇相應的調制編碼方式、功率分配方案和傳輸?shù)幕臼前慈缦虏襟E進行：步驟4.1、利用式(5)計算第s個視頻流的基礎層使用第m種調制編碼方式MCSm所消耗的資源粒子數(shù)式(5)中，βm表示使用第m種調制編碼方式MCSm時單個資源粒子所能承擔的傳輸速率；表示第s個視頻流的基礎層，即l＝1時的傳輸速率；步驟4.2、在保證Ns個用戶都能夠接收第s個視頻流的基礎層的前提下，計算每個基站分組方案在傳輸所述第s個視頻流的基礎層時每一個調制編碼方案時消耗的資源粒子數(shù)和功率，并從中選擇消耗資源粒子數(shù)與功率的乘積最小的基站分組方案作為傳輸方案，以所述傳輸方案所對應的調制編碼方式、功率分配方案傳輸所述第s個視頻流的基礎層；步驟4.3、所述S個視頻流的每個視頻流的基礎層都采用步驟4.1和步驟4.2的方式進行傳輸，從而完成對S個視頻流的基礎層的傳輸。所述步驟5中利用遺傳算法為S個視頻流的每個加強層進行資源粒子的分配是按如下步驟進行的：步驟5.1、將所述步驟4中傳輸S個視頻流的基礎層消耗的資源粒子數(shù)記為T1、消耗的功率記為P1，則在S個視頻流的加強層在遺傳算法中的約束條件如式(6)和式(7)所示：式(6)中，P2表示傳輸完S個視頻流的基礎層后剩下的總功率，即P2＝P-P1；式(6)表示傳輸S個視頻流的加強層時，分配在子載波上的功率不能超過剩下的總的功率P2；式(7)中，T2表示傳輸完S個視頻流基礎層剩下的資源粒子數(shù)，即T2＝T-T1；式(7)表示傳輸S個視頻流的加強層時，消耗的資源粒子數(shù)不能夠超過剩下的資源粒子數(shù)T2；步驟5.2、隨機產生一個數(shù)目為R的種群，所述種群中的每個個體是由2S·L個自然數(shù)構成的序列；每個自然數(shù)表示一個基因；所述2S·L個自然數(shù)中前S·L個自然數(shù)構成的序列表示S個視頻流加強層的編碼調制方案，后S·L個自然數(shù)構成的序列表示傳輸S個視頻流加強層的功率分配方案；步驟5.3、設定遺傳算法的迭代次數(shù)B；設定當前迭代次數(shù)為b，并初始化b＝1；步驟5.4、利用式(8)計算第b代種群中的第e個個體的適應度fitb(e)，從而獲得第b代種群中R個個體的適應度，e∈R：式(8)中，表示第b代種群中第e個個體代表的方案所產生的系統(tǒng)效用值；和表示懲罰函數(shù)項，并有：式(9)和式(10)中，表示在第b次迭代時整個網(wǎng)絡利用遺傳算法傳輸每個視頻流的加強層所消耗的功率；表示表示在第b次迭代時整個網(wǎng)絡利用遺傳算法傳輸每個視頻流的加強層所消耗的資源粒子；步驟5.5、判斷是否滿足算法的終止條件或當前迭代次數(shù)b是否超過設定的迭代次數(shù)B，若滿足終止條件或超過迭代次數(shù)，則算法停止，并得到所述效用值之和U；否則，執(zhí)行步驟5.6；所述終止條件為：fitb(e)≥δ且和步驟5.6、計算R個個體的被選概率，并使用輪盤賭策略進行選擇，得到父體；步驟5.7、從所述R個個體中進行隨機選取，得到母體；步驟5.8、對所述父體與母體以交叉概率在0-2S·L之間進行交叉；得到交叉后的種群；步驟5.9、對所述交叉后的種群中的每個個體以變異概率進行變異，當滿足變異概率時，前S·L序列上的每個基因從0-M之間等概率進行選擇，后S·L序列上的每個基因從0-D之間等概率進行選擇，得到變異后的種群，并更新種群；步驟5.10、令b+1賦值給b，并返回步驟5.4。與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：1、本發(fā)明相對于傳統(tǒng)蜂窩視頻多播，引入了多基站的概念，多個基站之間可以進行數(shù)據(jù)的協(xié)作傳輸，系統(tǒng)根據(jù)用戶的信道狀況以及基站的資源可以為每個視頻流的每個視頻層選擇更合理的資源分配方案，與傳統(tǒng)的單基站系統(tǒng)相比多基站之間可以更好的分享數(shù)據(jù)信息，提高了系統(tǒng)的容量，可以為用戶提供更好的視頻服務質量。2、本發(fā)明提出了多基站系統(tǒng)下的資源分配、功率分配方案，與傳統(tǒng)的單基站系統(tǒng)相比，多基站系統(tǒng)可以更好的共享數(shù)據(jù)，提出的資源分配算法考慮了用戶信道狀況以及多基站的資源狀況，與單基站資源分配算法相比，明顯提高了系統(tǒng)的視頻質量。3、本發(fā)明提出了傳輸基礎層的方法是為了讓所有的用戶都能夠接收到，這樣不僅能夠讓訂閱該視頻流的用戶能夠接收到該視頻流，滿足了訂閱用戶的需求而且還能夠提高整個系統(tǒng)的效用值。4、本發(fā)明使用遺傳算法對加強層進行傳輸，這樣合理的利用了頻譜資源，根據(jù)用戶的信道狀況結合功率的分配對加強層進行傳輸。這樣訂閱視頻流的用戶接收到加強層后提高了用戶體驗，并且提高了系統(tǒng)的效用值。附圖說明圖1為本發(fā)明的異構網(wǎng)絡示意圖；圖2為本發(fā)明方法的流程圖。具體實施方式本實施案例中，一種多基站異構網(wǎng)絡中多視頻流可伸縮視頻多播資源分配、功率分配及傳輸方法，是在對多基站系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源分配和功率分配方案，如圖1所示，多基站系統(tǒng)是由服務器、基站控制中心BSC、K個基站、N個移動設備組成。服務器與基站控制中心鏈接，并且通過可靠的數(shù)據(jù)鏈路把數(shù)據(jù)傳給基站控制中心，基站控制中心根據(jù)min{T·P}原則為S個視頻流的基礎層選擇合適的編碼調制方案、功率分配方案和基站分組方案進行傳輸。對于加強層，基站控制中心則指定一個最大限度覆蓋訂閱該視頻流用戶的基站作為該視頻流的加強層的傳輸基站，并為每個視頻流的加強層選擇合適的編碼調制方案和傳輸功率分配方案，直到所有視頻流的加強層傳輸完畢或所有的基站沒有足夠的資源粒子或沒有足夠的功率來傳輸某一個加強層為止，資源粒子是指系統(tǒng)中最小資源分配單位，它可以是指系統(tǒng)帶寬的時域、頻域，也可以是時域與頻域的結合。在這個多基站系統(tǒng)中資源粒子是指子載波，每個子載波占用不同的頻段。第i個移動設備能接收任意一個基站傳輸過來的視頻數(shù)據(jù)，1≤i≤N。基站控制中心將S個視頻流發(fā)給N個設備，則如圖2所示，基站控制中心BSC是按照如下步驟將S個視頻流的資源粒子、功率分配以及這S個視頻流的傳輸。步驟1、基站控制中心BSC將K個基站進行分組，得到若干種分組方案，分組方法是基站之間的任意組合。假設網(wǎng)絡環(huán)境中，有一個基站控制中心和三個基站，三個基站分別是A基站，B基站，C基站；那么對每個視頻流進行傳輸?shù)幕痉纸M傳輸方案就有七種。以傳輸視頻流為例，七種基站分組傳輸方案分別是使用A基站傳輸該視頻流、使用B基站傳輸該視頻流、使用C基站傳輸該視頻流、同時使用AB兩個基站傳輸該視頻流、同時使用AC兩個基站傳輸該視頻流、同時使用BC兩個基站傳輸該視頻流、同時使用ABC三個基站傳輸該視頻流。步驟2、服務器中視頻編碼器將S個視頻流中的每個視頻流分割成一個基礎層和L個加強層，并通過光纖傳輸給所述基站控制中心BSC；其中，令第s個視頻流的第l個視頻層的傳輸速率為1≤l≤L+1；在該網(wǎng)絡模型下，三個基站的擁有頻段分別選擇在2.5G、2G以及888M，三個基站對應的資源粒子分別為40(A)、30(B)以及20(C)，可以分配的發(fā)送總功率為40dBm，為了便于后面的分析將這40dBm的功率分解成40個功率粒子，每個功率粒子代表250mW的功率；訂閱這2個視頻流的100個移動用戶隨機的分布在離基站350到1000米的環(huán)形區(qū)域內，這100個用戶中50個用戶訂閱第1個視頻流，剩下50個用戶訂閱第二個視頻流；服務器中的視頻編碼器利用可伸縮視頻編碼方法將2個視頻流中的每個視頻流分割成1個基礎層和2個加強層通過光纖傳輸給基站控制中心；并且同一個視頻流內的各個視頻層之間具有依賴性，任何一層沒有被移動設備正確解碼，那么所有這一層以上的所有視頻層都是無效的，即使移動設備接收到了該層也不能被正確解碼。也就是說，只有所有的第1層到第l-1個視頻層被移動設備接收并正確解碼后，視頻層l才對該設備是有效的；在這個網(wǎng)絡模型下，假設基站傳輸每個視頻流的每一層的固定速率是64Kbps；步驟3、基站控制中心BSC的調制編碼方式為MCS＝{MCS1,MCS2,...,MCSm,...,MCSM}；MCSm表示第m種調制編碼方式；所述M種調制編碼方式MCS是按照消耗的資源粒子數(shù)從大到小排列而成的，1≤m≤M；令基站控制中心BSC對第s個視頻流的第l個視頻層的功率分配方案為第n種功率Pn；1≤n≤D；D表示所述功率分配方案的總數(shù)，所述D種功率分配方案所對應的D種功率值是按照消耗的功率從小到大排列的；本實施例中，假設系統(tǒng)可用的調制編碼方式MCSm共計7種，記為{MCS0,MCS1,MCS2,...,MCS6}，其中MCS0則是表示不對該視頻層進行調制編碼即不對該視頻層進行傳輸；如表1所示MCS的標識索引值m越大，也就是調制編碼方式級別越高，單位資源粒子能夠承擔傳輸數(shù)據(jù)數(shù)率越大，在固定層速率下消耗的資源粒子也就越少，但是它對用戶的信噪比要求就越高,設備的鏈路質量越好，所能支持的調制編碼方式級別越高，同時他就越能得到更好的視頻服務質量；表1不同MCS的參數(shù)對比表調M制方式編碼碼率單位粒子承擔速率(Kbps)SNR范圍(dB)Q1PSK1/24.8[3.716，5.947]Q2PSK3/47.2[5.947，9.659]Q3AM1/29.6[9.659，12.361]Q4AM3/414.4[12.361，16.699]Q5AM2/319.2[16.699，17.962]Q6AM3/421.6[17.962，+∞)同時在本次實施案例中，系統(tǒng)對傳輸每個視頻流的每一層的功率分配方案有7種，記為{P0,P1,P2,...,P6}，其中P0則是表示不對該視頻層進行功率分配即不對該視頻層進行傳輸；Pn中的標示索引值n越大，也就是對傳輸該視頻層的功率分配值越大，那么接收端用戶的信噪比相應的就越大，接收端用戶就能解碼更高級別編碼方式的視頻層，即接收端用戶所能支持的調制編碼方式級別就越高。步驟4、基站控制中心BSC以min{t·p}原則，為所述第s個視頻流的基礎層選擇相應的調制編碼方式、功率分配方案和傳輸?shù)幕?，從而使得Ns個用戶都能接收到所述第s個視頻流的基礎層；進而使得所有用戶都能接收到所述S個視頻流的基礎層；t表示第s個視頻流的基礎層所消耗的資源粒子數(shù)；p表示第s個視頻流的基礎層所消耗的功率；本實施案例中，基站控制中心BSC采用此準則為每個視頻流的基礎層選擇合適的傳輸方案、調制編碼方式以及功率分配方案。采用此準則的目的就是為了讓訂閱視頻流的用戶都能夠接收到，從而滿足訂閱用戶的需求。具體來說步驟4中的min{T·P}原則是按以下步驟進行的：步驟4.1、利用式(5)計算第s個視頻流的基礎層使用第m種調制編碼方式MCSm所消耗的資源粒子數(shù)式(5)中，βm表示使用第m種調制編碼方式MCSm時單個資源粒子所能承擔的傳輸速率；表示第s個視頻流的基礎層，即l＝1時的傳輸速率；在本次案例中，每個視頻層的傳輸速率是固定的64Kbps，所以可以根據(jù)表2計算出不同的調制編碼方式MCS0所消耗的資源粒子；m為0時，不對該層調制編碼，因此MCS0消耗的資源粒子為0；m為1時，MCS1消耗的資源粒子為14；m為2時，MCS2消耗的資源粒子為9；m為3時，MCS3消耗的資源粒子為7；m為4時，MCS4消耗的資源粒子為5；m為5時，MCS5消耗的資源粒子為4；m為1時，MCS6消耗的資源粒子為3；相應的，n為0時，不對傳輸該視頻層時進行功率分配，因此功率分配方案P0消耗的功率粒子為0；n為1時，功率分配方案P1消耗的功率粒子為2；n為2時，功率分配方案P2消耗的功率粒子為4；n為3時，功率分配方案P3消耗的功率粒子為6；n為4時，功率分配方案P4消耗的功率粒子為8；n為5時，功率分配方案P5消耗的功率粒子為10；n為6時，功率分配方案P6消耗的功率粒子為12；步驟4.2、在保證Ns個用戶都能夠接收第s個視頻流的基礎層的前提下，計算每個基站分組方案在傳輸?shù)趕個視頻流的基礎層時每一個調制編碼方案時消耗的資源粒子數(shù)和功率，并從中選擇消耗資源粒子數(shù)與功率的乘積最小的基站分組方案作為傳輸方案，以該傳輸方案所對應的調制編碼方式、功率分配方案傳輸?shù)趕個視頻流的基礎層；步驟4.3、S個視頻流的每個視頻流的基礎層都采用步驟4.1和步驟4.2的方式進行傳輸，從而完成對S個視頻流的基礎層的傳輸。步驟5、利用遺傳算法為S個視頻流的每個加強層選擇相應的調制編碼方案、功率分配方案及傳輸?shù)幕?；從而完成實現(xiàn)S個視頻流內資源粒子的分配；在上述步驟中已經(jīng)完成了對基礎層的傳輸，保證了訂閱視頻流的100個用戶都能夠接收到訂閱的視頻流，對加強層的傳輸是為了在資源粒子和功率一定的情況下讓盡可能多的用戶接收到加強層，從而提高視頻質量，提高用戶的觀看體驗，同時也提高了整個系統(tǒng)的效用值。步驟5中的遺傳算法是按以下步驟進行：步驟5.1、將步驟4中傳輸S個視頻流的基礎層消耗的資源粒子數(shù)記為T1、消耗的功率記為P1，則在S個視頻流的加強層在遺傳算法中的約束條件如式(6)和式(7)所示：式(6)中，P2表示傳輸完S個視頻流的基礎層后剩下的總功率，即P2＝P-P1；式(6)表示傳輸S個視頻流的加強層時，分配在子載波上的功率不能超過剩下的總的功率P2；式(7)中，T2表示傳輸完S個視頻流基礎層剩下的資源粒子數(shù)，即T2＝T-T1；式(7)表示傳輸S個視頻流的加強層時，消耗的資源粒子數(shù)不能夠超過剩下的資源粒子數(shù)T2；在仿真的過程中，假設傳輸完2個視頻流的基礎層后系統(tǒng)中還剩下20個資源粒子、20個功率粒子，在不超過資源粒子數(shù)和功率粒子數(shù)的前提下對加強層采取合適的編碼調制方案和功率分配方案讓系統(tǒng)的效用值最大。步驟5.2、隨機產生一個數(shù)目為R種群，種群中的每個個體是由2S·L個自然數(shù)構成的序列；每個自然數(shù)表示一個基因；2S·L個自然數(shù)中前S·L個自然數(shù)構成的序列表示S個視頻流加強層的編碼調制方案，后S·L個自然數(shù)構成的序列表示傳輸S個視頻流加強層的功率分配方案；在前S·L個自然數(shù)序列中，第一串L個自然數(shù)序列表示第一個視頻流L個加強層的編碼調制方案，第二串L個自然數(shù)序列表示第二個視頻流L個加強層的編碼調制方案，以此類推，第S串L個自然數(shù)序列表示第S個視頻流L個加強層的編碼調制方案。在后S·L個自然數(shù)序列中，第一串L個自然數(shù)序列表示傳輸?shù)谝粋€視頻流L個加強層的功率分配方案，第二串L個自然數(shù)序列表示傳輸?shù)诙€視頻流L個加強層的功率分配方案，以此類推，第S串L個自然數(shù)序列表示傳輸?shù)赟個視頻流L個加強層的功率分配方案。人為的產生數(shù)目為100的種群，種群中的每個個體由8個自然數(shù)序列構成。那么這個個體上的第1個數(shù)表示第1個視頻流的第1個加強層的編碼調制方案；個體上的第2個數(shù)表示第1個視頻流的第2個加強層的編碼調制方案；個體上的第3個數(shù)表示第2個視頻流的第1個加強層的編碼調制方案；個體上的第4個數(shù)表示第2個視頻流的第2個加強層的編碼調制方案；個體上的第5個數(shù)表示傳輸?shù)?個視頻流的第1個加強層的功率分配方案；個體上的第6個數(shù)表示傳輸?shù)?個視頻流的第2個加強層的功率分配方案；個體上的第7個數(shù)表示傳輸?shù)?個視頻流的第1個加強層的功率分配方案；個體上的第8個數(shù)表示傳輸?shù)?個視頻流的第2個加強層的功率分配方案；步驟5.3、設定遺傳算法的迭代次數(shù)B；設定當前迭代次數(shù)為b，并初始化b＝1；在仿真過程中設定了迭代次數(shù)1000次，即算法最多迭代1000次，當?shù)螖?shù)超過1000次是即使是沒有得到最優(yōu)解那么遺傳算法也得中止；步驟5.4、利用式(8)計算第b代種群中的第e個個體進行適應度fitb(e)，從而獲得R個個體的適應度：式(8)中，表示第b代種群中第e個個體代表的方案所產生的系統(tǒng)效用值；和表示懲罰函數(shù)項，并有：式(9)和式(10)中，表示在第b次迭代時整個網(wǎng)絡利用遺傳算法傳輸每個視頻流的加強層所消耗的功率；表示表示在第b次迭代時整個網(wǎng)絡利用遺傳算法傳輸每個視頻流的加強層所消耗的資源粒子；對于遺傳算法，適應度函數(shù)fit(e)一般會使用某一個目標函數(shù)，但是在這里并不能直接使用公式(1)中所述的系統(tǒng)效用函數(shù)作為適應度函數(shù)，因為該效用函數(shù)還要受到資源粒子約束條件(6)(7)的限制，而在效用函數(shù)計算公式中并沒有體現(xiàn)出來，如果直接使用該公式的效用函數(shù)，就可能會得到一些適應度很高但是并不符合約束條件的個體，所以我們就要將約束條件(6)(7)融入到公式(1)中去得到一個無約束條件的效用函數(shù)作為算法的適應度函數(shù)步驟5.5、判斷是否滿足算法的終止條件或當前迭代次數(shù)b是否超過設定的迭代次數(shù)B，若滿足終止條件或超過迭代次數(shù)，則算法停止，并得到所述效用值之和U；否則，執(zhí)行步驟5.6；終止條件為：fitb(e)≥δ且和步驟5.6、計算R個個體的被選概率，并使用輪盤賭策略進行選擇，得到父體；步驟5.7、從R個個體中進行隨機選取，得到母體；步驟5.8、對父體與母體以交叉概率在0-2S·L之間進行交叉；得到交叉后的種群；步驟5.9、對交叉后的種群中的每個個體以變異概率進行變異，當滿足變異概率時，前S·L序列上的每個基因從0-M之間等概率進行選擇，后S·L序列上的每個基因從0-D之間等概率進行選擇，得到變異后的種群，并更新種群；步驟5.10、令b+1賦值給b，并返回步驟5.4；根據(jù)以上步驟最后遺傳算法的仿真結果適應度最高的個體是34303430，即第1個視頻流的第1個加強層采取MCS3編碼調制方案和P3功率分配方案，第1個視頻流的第2個加強層采取MCS4編碼調制方案和P4功率分配方案，第2個視頻流的第1個加強層采取MCS3編碼調制方案和P3功率分配方案，第2個視頻流的第2個加強層不采取編碼調制方案和功率分配方案即不對該視頻層進行傳輸。步驟6、K個基站根據(jù)每個視頻層分配的調制編碼方案，按照各個視頻層的傳輸速率，通過消耗一定的資源粒子數(shù)和一定的子載波的功率分配從而向N個移動接收端傳輸相應的視頻層；完成S個視頻流的傳輸。前一步基站控制中心BSC為每一個視頻層選擇了合適的調制編碼方式、基站分組方案傳輸以及傳輸功率分配方案，當視頻層的傳輸方案制定過后基站控制中心BSC把該視頻層傳輸給特定的基站，基站接收到視頻層后對它進行指定的調制編碼方式的編碼按照既定的功率分配方案的功率值傳輸，并按照要求的傳輸速率通過無線鏈路傳輸給系統(tǒng)用戶；步驟7、利用式(1)計算N個移動設備的效用值之和U：目標函數(shù)：約束條件：式(1)表示N個移動設備的累計效用函數(shù)值；式(1)中，ri表示第i個移動設備的累計速率；U(ri)表示第i個移動設備的效用函數(shù)值；式(2)表示每個視頻流的每一層只能用一種編碼調制方案進行傳輸，式(2)中為編碼指示函數(shù)，表示當?shù)趕個視頻流的第l個視頻層使用第m種調制編碼方式MCSm進行傳輸時，編碼指示函數(shù)為1，否則，編碼指示函數(shù)為0；式(3)表示傳輸S個視頻流的基礎層和加強層時，分配在每個子載波上的功率的總和不能夠超過發(fā)射的總功率。式(3)中表示傳輸?shù)趕個視頻流的第l層時，分配在子載波js,l上的功率。式(4)表示傳輸S個視頻流的每個視頻層消耗的資源粒子數(shù)目總和不能多于整個系統(tǒng)自身所擁有的資源粒子數(shù)；式(4)中，表示第s個視頻流的第l個視頻層在傳輸速率下使用第m種調制編碼方式MCSm進行調制編碼時所消耗的資源粒子數(shù)。假設系統(tǒng)效用函數(shù)為與用戶接收速率r成正相關性的非負非遞減函數(shù)log10r，并且用戶接收速率具有累加性，例如，如上所述一個視頻層的層速率為64Kbps，若一個用戶有效接收到兩個視頻層，則他的接收速率為128Kbps，根據(jù)可伸縮視頻編碼的特點可知移動用戶要想解碼視頻層l，則他必須要正確的解碼之前的第1～l-1層；由前幾個步驟可知系統(tǒng)可以有效傳輸?shù)囊曨l層為2個視頻流的2個基礎層、第1個視頻流的2個加強層以及第2個視頻流的第1個加強層，每層的固定速率是64Kbps，將數(shù)值代入式(1)，最后所得網(wǎng)絡環(huán)境中系統(tǒng)效用函數(shù)值是：438.8，代表整個網(wǎng)絡環(huán)境的數(shù)據(jù)吞吐量。當前第1頁1 2 3