基于ATSC3.0专用回传信道的物联网资源调度关键技术研究

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随着科学技术的发展,物联网技术逐渐走进大家的日常生活,从智能家居、安防监控到自动驾驶、环境监控,互联网时代下的物联网正在悄无声息地改变着人们的生活方式,人们对于物联网的需求也日益增大。物联网的发展离不开基础网络设施的发展和建设,而作为一个传统的发展中国家,在中国的农村地区和部分偏远地区,基础设施建设不完善,这部分的人口享受物联网带来的便捷和物联网经济带来的红利就变得艰难。因此,寻求一种适用于中国农村等基础设施建设不发达地区开展物联网应用的传输架构迫在眉睫。ATSC 3.0标准是美国高级电视业务顾问委员会(Advanced Television Systems Committee,ATSC)制定的新一代数字电视传输标准,标准与互联网接轨,主要基于IP协议传输,并且改变了传统广播只有下行链路传输的局限性,首次提出专用回传信道作为广播的上行链路。数字电视广播在中国有着深厚的发展基础,国家开展的“村村通”等工程也在大力推进农村地区数字电视广播建设。因此,对于研究基于ATSC 3.0系统开展物联网技术的研究很有必要,可以为未来我们国家开展第二代数字电视标准的研究建立良好的基础。本文首先对ATSC 3.0系统中的的物理层管道(Physical Layer Pipe,PLP)静态资源分配方式进行了研究,研究发现现有的资源分配方式存在资源使用效率低下的情况,基于研究结果,提出了一种用于专用回传信道传输的PLP-R管道扩充容量的策略,即通过向有空闲管道资源的PLP管道租借管道资源的方案。考虑到不同PLP管道自身容量大小、瞬时视频速率以及PLP类型的不同对PLP-R资源分配的多重影响,引入博弈论的相关知识,对不同的PLP最优定价策略和资源分配的数量进行了研究,提出了一种基于贝特兰德博弈的准静态PLP资源定价与调度算法,通过对两路PLP和一路PLP-R管道的仿真分析,在PLP 1和PLP 2管道资源均为10 Mbps的情况下,当PLP-R的资源请求的泊松分布均值为0.5Mbps和1Mbps时,PLP-R资源请求满足率几乎都达到为100%,PLP 1的使用率分别提升了10.91%和20.75%;PLP 2的使用率使用率分别提升了9.28%和18.56%,提出的算法对于PLP-R管道资源紧缺的现状具有很好的改善作用。在研究PLP-R管道资源分配的基础上,本文提出了一种基于专用回传信道的物联网架构(DRC-Io T),可用于基础设施建设不完善地区物联网业务的开展工作。考虑到提出架构的特征以及PLP-R管道资源稀缺的特点,文章设计了一种用于DRC-Io T的Qo S分级表,并对现有的资源分配算法进行研究,首次将下行信令开销纳入调度算法需要考虑的内容,提出了一种基于DRC-Io T上下行联合调度的启发式算法。仿真分析结果表明,HJS算法与NS算法相比,GBR业务时延降低了大约54.7%,比MBUS算法的时延降低了15%。在吞吐量上,PLP-R资源紧缺时,比未进行业务分类的NS算法吞吐量低,但是吞吐量是同样进行了分类调度的MBUS算法的两倍,且随着PLP-R容量的增加,HJS算法的吞吐量一直比MBUS算法大。因此,提出的算法不仅可以有效降低保证比特率(Guaranteed Bit Rate,GBR)业务的时延,还可以极大的提高非保证比特率(Non-Guaranteed Bit Rate,Non-GBR)业务的吞吐量。
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