大规模蜂窝网络中可伸缩视频流多播的统计优化

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无线接入技术的发展和移动智能终端的普及,加速了人类进入网络多媒体时代。近年来,视频流媒体的广泛应用和网络直播的迅速发展促使了网络视频业务的快速增长。然而,受限于有限的系统资源,视频编码技术既要能满足高压缩率的需求,又要其能适应不同网络环境和终端设备,即具有可伸缩性和容错性。因此,考虑结合可伸缩视频编码(SVC)和自适应调制编码(AMC),为可伸缩视频在具有差异性的信道上实现多播通信提供有效解决方案。详细分析了大规模无线蜂窝网络中可伸缩视频多播通信的工作原理,在此基础上提出了新的视频多播通信的框架。该框架包含两次编码(即可伸缩视频编码和网络编码)、两次解码和两阶段的调制编码过程。用Nakagami-m分布来描述信道的衰落,用网络编码技术来解决网络中不同用户接收视频的差异性和网络丢包问题。而且,考虑优化该框架下的系统效用。主要创新之处是,将系统效用优化问题转化为距离相关的凸优化和非凸优化问题,并分别采用拟牛顿法和遗传算法求出最优解。另外,考虑到蜂窝网络中基站的能耗逐年增加,在所提框架中综合考虑多播通信的能量效率问题,具体来说,建立有关能量消耗的效用函数,从而将能量消耗综合到所提出框架。考虑到系统效用和能量消耗需要相互平衡,提出一个基于可伸缩视频多播通信的能耗感知的系统效用优化方案,根据系统的不同需求来权衡系统中效用增长和能量消耗,并且采用NSGA-II算法求得Pareto最优解集。仿真结果验证了所提框架及其问题求解方法的有效性。尤其是,通过与动态规划方法的比较发现,在大规模蜂窝网络中,保证效用相差不大的情况下,所提出的框架和方法能够有效提高求解效率。同时,还讨论了不同系统要求下可伸缩视频多播通信系统效用和能量消耗的权衡优化策略。
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