TDMA無線網(wǎng)絡(luò)中視頻動態(tài)傳輸方法

趙敏丞

【摘 要】無線網(wǎng)絡(luò)信道質(zhì)量頻繁變化，傳輸帶寬也隨之改變，這些因素會嚴(yán)重影響視頻的傳輸質(zhì)量。為了在無線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態(tài)時隙調(diào)整，視頻傳輸節(jié)點根據(jù)視頻業(yè)務(wù)的碼率失真特性和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，進行分布式的時隙動態(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無線網(wǎng)絡(luò)中很多采用了時分多址（TDMA）的信道共享方式[1]。由于Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)沒有中心節(jié)點，因此基于中心節(jié)點的集中式視頻傳輸方法（如無線局域網(wǎng)、蜂窩移動網(wǎng)）不能滿足Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的需要。本文分析了無線動態(tài)TDMA網(wǎng)絡(luò)的特征，對如何使得多個視頻終端更加高效動態(tài)地共享無線信道資源和進行視頻碼率控制進行了研究。

無線TDMA網(wǎng)絡(luò)按時間片來規(guī)定每個成員信息發(fā)送時機。時隙分配通常有三種方式： 競爭、固定和預(yù)約。競爭方式可能會由于搶占沖突，特別在用戶數(shù)較多的情況下，會引起系統(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)生固定的時隙分配規(guī)則，在運行中保持不變。這樣的機制在成員入網(wǎng)、退網(wǎng)和成員業(yè)務(wù)信息有突發(fā)情況時都不適用。自組織時分多址（STDMA）[2]采用預(yù)約方式，每個用戶偵聽信道持續(xù)一段時間，獲取其它用戶的時隙占用情況，根據(jù)時隙選擇算法選擇該用戶自己需要的時隙，并進行預(yù)約，形成時隙預(yù)約信息報文。所有用戶都構(gòu)造和維持著一張時隙狀態(tài)表，該表包含了所有用戶對時隙進行動態(tài)預(yù)約的信息，STDMA不需依賴于集中控制節(jié)點進行統(tǒng)一分配。這種接入方式的動態(tài)性和靈活性更強，但是可能存在隱藏終端問題。

在多用戶通信系統(tǒng)中，無線TDMA網(wǎng)絡(luò)的時隙資源分配決定無線帶寬的分配。如果帶寬分配不合理，無論如何調(diào)整視頻碼率，其傳輸質(zhì)量仍然難以改善。對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態(tài)時隙調(diào)整。任意用戶通過監(jiān)聽TDMA無線網(wǎng)絡(luò)中所有視頻傳輸用戶的時隙使用情況，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，進行分布式的時隙動態(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、時隙調(diào)整及碼率聯(lián)合計算模塊和碼率控制模塊。這四個模塊相互配合工作，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態(tài)狀況，為時隙調(diào)整和碼率聯(lián)合計算提供輸入?yún)?shù)；時隙調(diào)整和碼率聯(lián)合計算是本方法的核心，計算出最佳的時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時壓縮參數(shù)。

1.1 問題建模

2 仿真結(jié)果及分析

接下來我們用仿真對VCDRA標(biāo)記算法與輪詢（Round Robin）算法進行性能對比。仿真基于matlab仿真工具，我們采用JSVM工具來對CIF視頻“News”，“Hall”， “Foreman”進行編碼。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)總共包含了若干個用戶。每個用戶向隨機若干個其它用戶發(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線資源分配方法。它能夠根據(jù)用戶請求的情況和視頻碼率的特征進行視頻碼率控制和分布式動態(tài)時隙調(diào)整，提高全網(wǎng)視頻傳輸質(zhì)量。Matlab仿真實驗結(jié)果表明VCDRA能夠有效地增強多媒體視頻的質(zhì)量，提高全網(wǎng)的視頻傳輸質(zhì)量。

【參考文獻】

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

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

[責(zé)任編輯：湯靜]