CN108173829B - 一种高负载场景下的视频多播方法 - Google Patents

一种高负载场景下的视频多播方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于多媒体多播技术领域，公开了一种高负载场景下的视频多播方法，包括：基站向多播组内的多播用户设备发送视频流；根据多播用户设备发送的反馈信息确定需重传的目标帧，并进行重传；确定ACK设备和NACK设备；获取任一ACK设备与任一NACK设备在任一信道上的CQI等级，并据此为每一个NACK设备选择对应的中继用户设备及复用信道，以使被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系；向中继用户设备发送重传指示消息，指示中继用户设备向NACK设备重传当前目标帧。本发明能够减少蜂窝通信与D2D通信之间的干扰，提高对无线资源的利用率，解决无线资源紧张的问题。

Description

一种高负载场景下的视频多播方法
技术领域
本发明涉及多媒体多播技术领域，尤其涉及一种高负载场景下的视频多播方法。
背景技术
随着因特网和智能终端的飞速发展，以视频下载、在线直播为代表的多媒体业务在无线通信系统中出现了爆发式增长，这对当前的4G移动宽带网络或是未来的5G网络而言都是一大难题。面对这一难题，如何利用有限的频谱资源进行高效的视频传输变得至关重要。
这其中一个重要的解决方案就是多播技术，多播技术利用无线传输的特性在同一频段对多个用户同时传输视频数据。由于频谱利用率较高，视频多播在多媒体业务中起着越来越重要的作用。特别是在一些实际的应用场景如视频直播、手机电视、网络教育、热点新闻等，这些多媒体业务请求都可以通过多播传输的方式进行批处理。但在无线视频多播服务中，由于各个用户处在不同的地理位置，从基站到这些用户的信道质量条件也各不相同，因此多播技术存在一个关键性问题是：如何处理这些各不相同的衰落信道？为保证多播组内所有用户都能正确解码，多媒体广播多播服务采用传统多播方案(ConventionalMulticast Scheme，CMS)，基站以多播组内最差信道质量条件为依据选择多播速率，以单一速率的方式向多播用户设备进行数据传输。然而这种策略受多播组内最差衰落信道限制，往往多播速率较小，特别是当多播组内多数用户处在信道质量条件相对较好的环境中时，组内最差衰落信道成了多播速率提升的瓶颈。
将终端直通(Device-to-Device，D2D)技术和多播技术相结合，可以有效解决上述传统多播方案带来的问题。具体来说，该方案分为两个阶段：在第一阶段，基站以较高的传输速率向多播组内的所有用户进行多播，多播组内信道质量条件较好的部分用户能够正确解码视频信息；在第二阶段，正确解码视频信息的部分用户通过D2D通信的方式将数据重传给信道质量条件较差、未能正确解码视频信息的用户。现有的此种方案，通过两阶段协作多播可以较大程度提升多播传输速率，提高小区边缘区域的用户体验。
目前，在现有的此种基于D2D通信的多播方案中，第二阶段的D2D通信工作在专用模式下。所谓专用模式是指D2D用户利用专用的无线资源进行通信，此时小区内的蜂窝通信用户与D2D用户利用的无线资源是相互正交的，相互之间不会产生干扰。因此，现有的此种基于D2D通信的多播方案在小区中用户较少、资源充分的情况下尚可执行；当小区负载本身较高时，小区中用户较多、资源紧张，现有的基于D2D通信的多播方案会使无线资源更加紧张。也即，现有的基于D2D通信的多播方案仅适用于网络负载较低的场景。
当网络负载较高时，第二阶段的D2D通信采用复用模式成为了更合理的选择。复用模式下D2D用户共享小区内蜂窝通信用户的无线资源，能够提高对无线资源的利用率，解决无线资源紧张的问题。然而由于复用模式下资源共享，蜂窝通信与D2D通信之间会产生干扰，因此在该工作模式下，如何在D2D多播阶段进行合理的资源分配和中继选择成为了目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种高负载场景下的视频多播方法，通过在D2D多播阶段采用复用工作模式，并为D2D阶段进行合理的资源分配和中继选择，能够减少蜂窝通信与D2D通信之间的干扰，提高对无线资源的利用率，解决无线资源紧张的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种高负载场景下的视频多播方法，包括以下步骤：
步骤1，基站向多播组内的N个多播用户设备发送视频流。
其中，视频流中包含有H帧视频，H为大于0的正整数。
步骤2，基站接收N个多播用户设备发送的反馈信息，反馈信息中包含有多播用户设备是否正确接收H帧视频中每一帧视频的应答消息；根据反馈信息确定目标帧序列，目标帧序列包括H帧视频中需重传的Q帧视频；依次将目标帧序列中的第1帧视频、第2帧视频、…、第Q帧视频设为当前目标帧，并按照步骤3至步骤5对当前目标帧进行重传。
其中，Q为目标帧序列所包含的视频帧数，Q＜H。
步骤3，基站根据反馈信息，确定当前目标帧的ACK设备和NACK设备。
其中，ACK设备为多播组内正确接收当前目标帧的多播用户设备，NACK设备为多播组内未正确接收当前目标帧的多播用户设备；
步骤4，基站获取当前目标帧的任一ACK设备与其任一NACK设备在M个信道中任一信道上的CQI等级，并据此为当前目标帧的每一个NACK设备选择对应的中继用户设备及复用信道，以使被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系。
其中，中继用户设备为当前目标帧的ACK设备之一，复用信道为M个信道之一。
步骤5，基站向中继用户设备发送重传指示消息，指示中继用户设备通过对应的复用信道向对应的NACK设备以D2D通信的方式重传当前目标帧。
在本发明提供的高负载场景下的视频多播方法中，基站首先向多播组内的全部多播用户设备发送视频流，并接收多播用户设备发送的反馈信息，根据反馈信息确定目标帧视频流中需重传的帧视频；接着，对于需重传的每帧视频，确定对应的ACK设备和NACK设备，并获取其任一ACK设备与其任一NACK设备在M个信道中任一信道上的CQI等级，据此为每一个NACK设备选择对应的中继用户设备及复用信道，以使被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系；最后，基站向被选作为中继用户设备的ACK设备发送重传指示消息，指示其通过对应的复用信道向对应的NACK设备重传目标帧。基于本发明提供的高负载场景下的视频多播方法，当网络负载较高时，在第二阶段的D2D通信中采用复用模式，基站为D2D用户分配小区内蜂窝用户的无线资源，从而使小区内的D2D用户和蜂窝通信用户共享无线资源，因此能够提高对无线资源的利用率，解决无线资源紧张的问题。同时，本发明方法中基站在为D2D用户分配无线资源(即选择中继用户设备及复用信道)时，令被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系，因此能够尽量减少蜂窝通信与D2D通信之间的干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的应用场景示意图；
图2为本发明实施例提供的一种高负载场景下的视频多播方法的流程示意图；
图3为本发明实施例仿真实验中基站到多播簇中心的距离和有效视频帧比率的关系图；
图4为本发明实施例仿真实验中多播阶段用户的最大发射功率和用户接收的有效视频帧比率的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明下述各实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。
首先，为便于理解本发明，以下将结合图1，对本发明的应用场景进行简要介绍：
如图1所示，本发明应用于由基站、以及X个移动设备所组成的网络环境中，其中X个移动设备包括N个多播用户设备(即D2D用户设备)和M个蜂窝用户设备，N个多播用户设备构成一个多播组，基站为每个蜂窝用户分配对应的一个信道供蜂窝用户与基站进行通信，M个蜂窝用户设备共占用M个信道。其中，X、M、N均为大于0的正整数，且X＝M+N，N＜M。
在图1所示的网络环境中，小区中的频谱资源已经由基站分配给蜂窝用户设备并进行正常的通信。不同的蜂窝用户设备占用相互正交的频谱资源。蜂窝用户设备的发射功率由其自身的信噪比需求决定。基站能够及时获取网络中的链路状态信息，为D2D多播阶段进行合理的资源分配和中继选择。为避免D2D用户设备之间的彼此干扰，多播组内的多播用户设备复用相互正交的资源，且同一时间只能选择一个蜂窝用户设备的频谱资源进行复用。
基于上述描述，本发明实施例提供一种高负载场景下的视频多播方法，如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤1，基站向多播组内的N个多播用户设备发送视频流。
其中，视频流中包含有H帧视频，H为大于0的正整数。
各多播用户设备在接收到基站发送的视频流后，根据自身接收情况向基站发送反馈消息，反馈视频流中每帧视频的接收情况。所述的反馈消息中包含有多播用户设备是否正确接收H帧视频中每一帧视频的应答消息。其中，所述的应答消息包括确认应答消息(即ACK应答消息)和否定应答消息(即NACK应答消息)，其中ACK应答消息用于表示某一帧视频已被正确接收，NACK应答消息用于表示某一帧视频未被正确接收。
步骤2，基站接收N个多播用户设备发送的反馈信息，反馈信息中包含有多播用户设备是否正确接收H帧视频中每一帧视频的应答消息；根据反馈信息确定目标帧序列，目标帧序列包括H帧视频中需重传的Q帧视频；依次将目标帧序列中的第1帧视频、第2帧视频、…、第Q帧视频设为当前目标帧，并按照步骤3至步骤5对当前目标帧进行重传。
其中，Q为目标帧序列所包含的视频帧数，Q＜H。
步骤3，基站根据反馈信息，确定当前目标帧的ACK设备和NACK设备。
其中，ACK设备为多播组内正确接收当前目标帧的多播用户设备，NACK设备为多播组内未正确接收当前目标帧的多播用户设备。
步骤4，基站获取当前目标帧的任一ACK设备与其任一NACK设备在M个信道中任一信道上的信道质量指示(Channel Quality Indicator，CQI)等级，并据此为当前目标帧的每一个NACK设备选择对应的中继用户设备及复用信道，以使被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系。
其中，中继用户设备为当前目标帧的ACK设备之一，复用信道为M个信道之一。
需要说明的是，所述的CQI等级可由NACK设备或ACK设备测量并上报，本发明实施例对此不作具体限定。
步骤5，基站向中继用户设备发送重传指示消息，指示中继用户设备通过对应的复用信道向对应的NACK设备以D2D通信的方式重传当前目标帧。
在本发明提供的高负载场景下的视频多播方法中，基站首先向多播组内的全部多播用户设备发送视频流，并接收多播用户设备发送的反馈信息，根据反馈信息确定目标帧视频流中需重传的帧视频；接着，对于需重传的每帧视频，确定对应的ACK设备和NACK设备，并获取其任一ACK设备与其任一NACK设备在M个信道中任一信道上的CQI等级，据此为每一个NACK设备选择对应的中继用户设备及复用信道，以使被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系；最后，基站向被选作为中继用户设备的ACK设备发送重传指示消息，指示其通过对应的复用信道向对应的NACK设备重传目标帧。基于本发明提供的高负载场景下的视频多播方法，当网络负载较高时，在第二阶段的D2D通信中采用复用模式，基站为D2D用户分配小区内蜂窝用户的无线资源，从而使小区内的D2D用户和蜂窝通信用户共享无线资源，因此能够提高对无线资源的利用率，解决无线资源紧张的问题。同时，本发明方法中基站在为D2D用户分配无线资源(即选择中继用户设备及复用信道)时，令被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系，因此能够尽量减少蜂窝通信与D2D通信之间的干扰。
优选的，本发明实施例提供的高负载场景下的视频多播方法中，步骤4具体包括以下子步骤：
(4.1)基站接收当前目标帧的各NACK设备上报的该NACK设备与各ACK设备在M个信道中各信道上的CQI等级cjim。
其中，j表示当前目标帧的任一NACK设备，i表示当前目标帧的任一ACK设备，m表示M个信道中任一信道；j∈UNACK，UNACK表示当前目标帧的全部NACK设备构成的集合，UNACK＝{j1，j2，...，jL}，j1、j2…jL表示当前目标帧的NACK设备，L表示当前目标帧的NACK设备的个数；i∈UACK，UAcK表示当前目标帧的全部ACK设备构成的集合，UACK＝{i1，i2，...，iK}，i1、i2…iK表示当前目标帧的ACK设备，K表示当前目标帧的ACK设备的个数，K+L＝N。
(4.2)对于当前目标帧的任一NACK设备j，将其上报的CQI等级中最大的CQI等级
Figure GDA0002477007660000071
确定为该NACK设备对应的最大CQI等级，将该最大的CQI等级
Figure GDA0002477007660000072
对应的ACK设备确定为该NACK设备j的最优中继用户设备
Figure GDA0002477007660000073
将该最大的CQI等级
Figure GDA0002477007660000074
对应的信道确定为该NACK设备j的最优复用信道
Figure GDA0002477007660000075
(4.3)将各NACK设备对应的最大CQI等级
Figure GDA0002477007660000076
按照从小到大的顺序进行排列，得到集合C＝{c1，c2，...，cl，...，cL}。
其中，c1≤c2≤c3≤…≤cL-1≤cL，cl表示集合C中的第l个元素，设cl为NACK设备jl′对应的最大CQI等级，即
Figure GDA0002477007660000077
l∈{1，2，...，L}，jl′∈UNACK。
(4.4)将NACK设备j1′的最优中继用户设备
Figure GDA0002477007660000078
和最优复用信道
Figure GDA0002477007660000079
添加至集合S，即令集合
Figure GDA00024770076600000710
其中，j1′表示集合C中的第1个元素c1对应的NACK设备，
Figure GDA00024770076600000711
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j1′确定的最优中继用户设备，
Figure GDA00024770076600000712
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j1′确定的最优复用信道，集合S表示已选定的中继用户设备和复用信道对集合。
(4.5)判断NACK设备j2′的最优中继用户设备
Figure GDA00024770076600000713
和最优复用信道
Figure GDA00024770076600000714
所组成的中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000715
与中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000716
是否相同：若是，则转至步骤(4.6)；否则，判断中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000717
与
Figure GDA00024770076600000718
是否满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系：若满足，则将中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000719
加入集合S，并转至步骤(4.6)；若不满足，则重新选择NACK设备j2′的最优中继用户设备和最优复用信道，并转至步骤(4.6)。
其中，j2′表示集合C中的第2个元素c2对应的NACK设备，
Figure GDA00024770076600000720
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j2′确定的最优中继用户设备，
Figure GDA00024770076600000721
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j2′确定的最优复用信道。
一种具体的实现方式中，步骤(4.5)中，基站重新选择NACK设备j2′的最优中继用户设备和最优复用信道，具体可以包括以下子步骤：
(4.5a)基站判断NACK设备j2′与ACK设备
Figure GDA0002477007660000081
在信道
Figure GDA0002477007660000082
上的CQI等级
Figure GDA0002477007660000083
是否大于或等于c1：若是，则将ACK设备
Figure GDA0002477007660000084
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA0002477007660000085
确定为NACK设备j2′的最优复用信道；否则，转至步骤(4.5b)。
(4.5b)确定NACK设备j2′上报的CQI等级中除
Figure GDA0002477007660000086
和
Figure GDA0002477007660000087
之外的最大CQI等级
Figure GDA0002477007660000088
设该最大CQI等级
Figure GDA0002477007660000089
对应的ACK设备为
Figure GDA00024770076600000810
信道为
Figure GDA00024770076600000811
即
Figure GDA00024770076600000812
判断CQI等级
Figure GDA00024770076600000813
是否大于或等于c1：若是，则将ACK设备
Figure GDA00024770076600000814
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA00024770076600000815
确定为NACK设备j2′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000816
加入集合S；否则，转至步骤(4.5c)。
(4.5c)判断CQI等级
Figure GDA00024770076600000817
是否大于CQI等级
Figure GDA00024770076600000818
若是，则将ACK设备
Figure GDA00024770076600000819
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA00024770076600000820
确定为NACK设备j2′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000821
加入集合S，同时交换CQI等级
Figure GDA00024770076600000822
和c1在集合C中的位置；否则，将ACK设备
Figure GDA00024770076600000823
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA00024770076600000824
确定为NACK设备j2′的最优复用信道，并交换CQI等级
Figure GDA00024770076600000825
和c1在集合C中的位置。
(4.6)设定NACK设备索引序号k＝3。
(4.7)判断NACK设备jk′的最优中继用户设备
Figure GDA00024770076600000826
和最优复用信道
Figure GDA00024770076600000827
所组成的中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000828
是否已存在于集合S中：若是，则转至步骤(4.8)；否则，判断中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000829
与集合S中已选定的中继用户设备和复用信道对是否满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系：若满足，则将中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000830
加入集合S，并转至步骤(4.8)；若不满足，则重新选择NACK设备jk′的最优中继用户设备和最优复用信道，并转至步骤(4.8)。
其中，jk′表示集合C中的第k个元素ck对应的NACK设备，
Figure GDA0002477007660000091
表示在步骤(4.2)中为NACK设备jk′确定的最优中继用户设备，
Figure GDA0002477007660000092
表示在步骤(4.2)中为NACK设备jk′确定的最优复用信道。
一种具体的实现方式中，步骤(4.7)中，基站重新选择NACK设备jk′的最优中继用户设备和最优复用信道，具体包括以下子步骤：
(4.7a)对于集合S中的任一中继用户设备和复用信道对(is，ms)，确定NACK设备jk′在该中继用户设备和复用信道对(is，ms)下的CQI等级
Figure GDA0002477007660000093
是否大于或等于当前集合C中的第一个元素；若集合S中的所有中继用户设备和复用信道对均不满足上述条件，则转至步骤(4.7b)；若集合S中存在满足上述条件的至少一个中继用户设备和复用信道对，并确定其中能使NACK设备jk′的CQI等级取到最大值的中继用户设备和复用信道对为
Figure GDA0002477007660000094
则将中继用户设备
Figure GDA0002477007660000095
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA0002477007660000096
确定为NACK设备jk′的最优复用信道；
(4.7b)对于集合S中已有的任一ACK设备i′和任一复用信道m′，确定NACK设备jk′与ACK设备i′在复用信道m′上的CQI等级
Figure GDA0002477007660000097
继而确定其中最大的CQI等级为ck，设ck对应的中继用户设备为
Figure GDA0002477007660000098
复用信道为
Figure GDA0002477007660000099
判断ck是否大于或等于当前集合C中的第一个元素：若是，则将ACK设备
Figure GDA00024770076600000910
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA00024770076600000911
确定为NACK设备jk′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000912
加入集合S；否则，转至步骤(4.7c)；
(4.7c)判断ck是否大于CQI等级
Figure GDA00024770076600000913
若是，则将ACK设备
Figure GDA00024770076600000914
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA00024770076600000915
确定为NACK设备jk′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure GDA00024770076600000916
加入集合S，同时交换CQI等级
Figure GDA00024770076600000917
和当前集合C中第一个元素在集合C中的位置；否则，将中继用户设备
Figure GDA00024770076600000918
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure GDA00024770076600000919
确定为NACK设备jk′的最优复用信道，并交换CQI等级
Figure GDA00024770076600000920
和当前集合C中第一个元素在集合C中的位置。
(4.8)令NACK设备索引序号k加1，重复执行步骤(4.7)，直至k＝L；将当前目标帧的各NACK设备最终的最优中继用户设备和最优复用信道，选作各NACK设备对应的中继用户设备及复用信道。
总结上述步骤4的具体子步骤，其核心思想为：
1)对于NACK用户设备，先遍历所有的信道分配和中继选择方案分别找出各NACK用户设备最大的CQI等级，记录取得最大CQI等级时选择的信道和中继用户设备；
2)对所有NACK设备的最大CQI等级按照从小到大的顺序排序；
3)按照CQI等级排序后的顺序逐个遍历所有的NACK用户设备，以保证最小CQI等级位置上的数字更大和满足信道和中继用户的一一对应关系为目标，若不满足此关系，则对在步骤1)中为NACK用户设备选择的方案进行调整；
4)遍历过程完成，即为所有的NACK用户设备选定了对应的中继用户设备和复用信道。
从上述过程可以看出，当步骤1)中选定的信道和中继用户一一对应时，该算法在步骤2)中得到最小CQI等级就是目标函数(最小化一个视频帧的传输时间的函数)的最优解；而当步骤1)中选定的信道和中继用户不满足约束条件，步骤3)可保证目标函数尽可能地大。另外，在NACK用户设备均取得最大值的情况下，步骤2)中得到的最小CQI等级本身较小。在逐个遍历比较的过程中，其他NACK用户设备有更多其他信道分配和中继选择方案来保证自身的CQI等级比最小的CQI等级大，从而保证目标函数尽可能达到最优解。因此，本发明实施例方法能够保证较好的准确性。
具体的，在上述实施例中，步骤(4.5)和步骤(4.7)中，基站判断两对中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)是否满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系，具体包括：
分别判断中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)的中继用户设备、复用信道是否均不相同：
若均不相同，则确定中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系；
若中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)的复用信道不同、但中继用户设备相同，或者，若中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)的中继用户设备不同、但复用信道相同，则确定中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)不满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系。
其中，(ix1，mx1)和(ix2，mx2)表示任意两对不同的中继用户设备和复用信道对；ix1表示中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)中的中继用户设备，mx1表示中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)中的复用信道；ix2表示中继用户设备和复用信道对(ix2，mx2)中的中继用户设备，mx2表示中继用户设备和复用信道对(ix2，mx2)中的复用信道。
优选的，本发明实施例提供的高负载场景下的视频多播方法中，步骤5中重传指示消息中包括当前集合C中的第一个元素。则，步骤5具体可以包括：
基站向中继用户设备发送重传指示消息，指示中继用户设备根据当前集合C中的第一个元素，通过对应的复用信道向对应的NACK设备以D2D通信的方式重传当前目标帧。
容易理解，当前集合C中的第一个元素即中继选择和分配后，所有NACK设备对应的CQI等级中的最小值。被选作中继用户设备的ACK设备在接收到基站发送的该重传指示消息后，即可根据该CQI等级确定对应的调制与编码策略(Modulation and CodingScheme，MCS)进行当前目标帧的重传。
以下通过仿真实验验证本发明方法的正确性及上述有益效果：
1、实验数据：
本发明仿真实验中用到的仿真参数在如表1所示。在本发明仿真实验中，仅考虑单小区网络场景，小区中存在蜂窝用户和D2D用户。其中，蜂窝用户均匀地分布在整个小区内，多播用户均匀地分布在一个半径为200m的圆形区域。
表1
Figure GDA0002477007660000111
Figure GDA0002477007660000121
2、仿真内容及结果分析
在本发明仿真实验中，采用最优的遍历算法以及随机算法与本发明方法进行对比，并采用1000次信道仿真的平均结果作为最终的仿真结果，并绘制各方法得到的基站到多播簇中心的距离和有效视频帧比率的关系以及多播阶段用户的最大发射功率和用户接收的有效视频帧比率的关系。
其中，需要说明的是，随机算法是指：在满足约束条件的前提下，在D2D阶段为每个NACK设备随机地选择某一个ACK设备和上行信道作为其中继用户设备和复用信道。遍历算法的思想在于：当某一目标帧有I个ACK设备，设中继数目为L，在满足约束条件的前提下分别找出L＝1，2，...，I时最小CQI等级的最大值即max{min(cjim)}，为简化起见，用
Figure GDA0002477007660000122
表示。进一步的，只要找出
Figure GDA0002477007660000123
目标函数将得到最优解。在NACK设备的数目为J的情况下，最优算法的复杂度为O(I!×M!×J)。因此，随着多播用户数和可复用信道数目的增加，最优的遍历算法的复杂度呈现指数级别的增长，具有局限性。
仿真结果分别如图3和4所示。其中，图3所示为三种方法得到的基站到多播簇中心的距离和有效视频帧比率(Valuable Video Frame Ratio，VVFR)的关系图，图4所示为三种方法得到的多播阶段用户的最大发射功率和用户接收的有效视频帧比率的关系图。
容易理解，随着基站到多播用户距离的增加，视频帧的丢包率将会增加，在基站多播阶段用户接收到完整的视频帧数变少。从图3中可以看出，随着基站到多播簇中心距离的加大，VVFR呈现逐步下降的趋势。进一步的，通过对比可以发现，本发明提出的方法不仅复杂度大大降低，与最优算法相比，有效视频帧比率仅下降不到5％，并且在不同传输距离下，与最优算法之间偏差均远小于随机算法。
观察图4所示的D2D多播阶段用户的最大发射功率和用户接收的有效视频帧比率的关系，可以看出，随着用户最大发射功率的增加，有效视频帧比率显著增大。但值得注意的是，在用户发射功率不同的情况下，本发明方法中用户接收的有效视频帧比率远高于随机算法，且与最优遍历算法的偏差不到3％。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高负载场景下的视频多播方法，其特征在于，所述方法应用于由基站、以及X个移动设备所组成的网络环境中，其中所述X 个移动设备包括N个多播用户设备和M个蜂窝用户设备，所述N个多播用户设备构成一个多播组，所述基站为每个蜂窝用户分配对应的一个信道供所述蜂窝用户与基站进行通信，所述M个蜂窝用户设备共占用M个信道；X、M、N均为大于0的正整数，且X＝M+N，N＜M；
所述方法包括以下步骤：
步骤1，基站向所述多播组内的N个多播用户设备发送视频流，所述视频流中包含有H帧视频，H为大于0的正整数；
步骤2，所述基站接收所述N个多播用户设备发送的反馈信息，所述反馈信息中包含有多播用户设备是否正确接收所述H帧视频中每一帧视频的应答消息；
根据所述反馈信息确定目标帧序列，所述目标帧序列包括所述H帧视频中需重传的Q帧视频；
依次将所述目标帧序列中的第1帧视频、第2帧视频、...、第Q帧视频设为当前目标帧，并按照步骤3至步骤5对当前目标帧进行重传，其中，Q为所述目标帧序列所包含的视频帧数，Q＜H；
步骤3，所述基站根据所述反馈信息，确定当前目标帧的ACK设备和NACK设备；其中，所述ACK设备为所述多播组内正确接收当前目标帧的多播用户设备，所述NACK设备为所述多播组内未正确接收当前目标帧的多播用户设备；
步骤4，所述基站获取当前目标帧的任一ACK设备与其任一NACK设备在所述M个信道中任一信道上的CQI等级，并据此为当前目标帧的每一个NACK设备选择对应的中继用户设备及复用信道，以使被选作中继用户设备的多个ACK设备与被选作复用信道的多个信道之间为一一对应的关系；其中，所述中继用户设备为当前目标帧的ACK设备之一，所述复用信道为所述M个信道之一；
步骤5，所述基站向所述中继用户设备发送重传指示消息，指示所述中继用户设备通过对应的复用信道向对应的NACK设备以D2D通信的方式重传当前目标帧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4具体包括以下子步骤：
(4.1)所述基站接收当前目标帧的各NACK设备上报的该NACK设备与各ACK设备在所述M个信道中各信道上的CQI等级cjim；
其中，j表示当前目标帧的任一NACK设备，i表示当前目标帧的任一ACK设备，m表示所述M个信道中任一信道；
j∈UNACK，UNACK表示当前目标帧的全部NACK设备构成的集合，UNAcK＝{j1，j2，...，jL}，j1、j2...jL表示当前目标帧的NACK设备，L表示当前目标帧的NACK设备的个数；
i∈UACK，UACK表示当前目标帧的全部ACK设备构成的集合，UACK＝{i1，i2，...，iK}，i1、i2...iK表示当前目标帧的ACK设备，K表示当前目标帧的ACK设备的个数，K+L＝N；
(4.2)对于当前目标帧的任一NACK设备j，将其上报的CQI等级中最大的CQI等级
Figure FDA0002477007650000021
确定为该NACK设备对应的最大CQI等级，将该最大的CQI等级
Figure FDA0002477007650000022
对应的ACK设备确定为该NACK设备j的最优中继用户设备
Figure FDA0002477007650000023
将该最大的CQI等级
Figure FDA0002477007650000024
对应的信道确定为该NACK设备j的最优复用信道
Figure FDA0002477007650000025
(4.3)将各NACK设备对应的最大CQI等级
Figure FDA0002477007650000026
按照从小到大的顺序进行排列，得到集合C＝{c1，c2，...，cl，...，cL}；
其中，c1≤c2≤c3≤...≤cL-1≤cL，cl表示集合C中的第l个元素，设cl为NACK设备jl′对应的最大CQI等级，即
Figure FDA0002477007650000027
l∈{1，2，...，L}，jl′∈UNACK；
(4.4)将NACK设备j1′的最优中继用户设备
Figure FDA0002477007650000028
和最优复用信道
Figure FDA0002477007650000029
添加至集合S，即令集合
Figure FDA00024770076500000210
其中，j1′表示集合C中的第1个元素c1对应的NACK设备，
Figure FDA00024770076500000211
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j1′确定的最优中继用户设备，
Figure FDA00024770076500000212
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j1′确定的最优复用信道，集合S表示已选定的中继用户设备和复用信道对集合；
(4.5)判断NACK设备j2′的最优中继用户设备
Figure FDA00024770076500000213
和最优复用信道
Figure FDA00024770076500000214
所组成的中继用户设备和复用信道对
Figure FDA00024770076500000215
与中继用户设备和复用信道对
Figure FDA00024770076500000216
是否相同：
若是，则转至步骤(4.6)；
否则，判断中继用户设备和复用信道对
Figure FDA00024770076500000217
与
Figure FDA00024770076500000218
是否满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系：若满足，则将所述中继用户设备和复用信道对
Figure FDA0002477007650000031
加入集合S，并转至步骤(4.6)；若不满足，则重新选择NACK设备j2′的最优中继用户设备和最优复用信道，并转至步骤(4.6)；
其中，j2′表示集合C中的第2个元素c2对应的NACK设备，
Figure FDA0002477007650000032
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j2′确定的最优中继用户设备，
Figure FDA0002477007650000033
表示在步骤(4.2)中为NACK设备j2′确定的最优复用信道；
(4.6)设定NACK设备索引序号k＝3；
(4.7)判断NACK设备jk′的最优中继用户设备
Figure FDA0002477007650000034
和最优复用信道
Figure FDA0002477007650000035
所组成的中继用户设备和复用信道对
Figure FDA0002477007650000036
是否已存在于集合S中：
若是，则转至步骤(4.8)；
否则，判断所述中继用户设备和复用信道对
Figure FDA0002477007650000037
与集合S中已选定的中继用户设备和复用信道对是否满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系：若满足，则将所述中继用户设备和复用信道对
Figure FDA0002477007650000038
加入集合S，并转至步骤(4.8)；若不满足，则重新选择NACK设备jk′的最优中继用户设备和最优复用信道，并转至步骤(4.8)；
其中，jk′表示集合C中的第k个元素ck对应的NACK设备，
Figure FDA0002477007650000039
表示在步骤(4.2)中为NACK设备jk′确定的最优中继用户设备，
Figure FDA00024770076500000310
表示在步骤(4.2)中为NACK设备jk′确定的最优复用信道；
(4.8)令NACK设备索引序号k加1，重复执行步骤(4.7)，直至k＝L；
将当前目标帧的各NACK设备最终的最优中继用户设备和最优复用信道，选作各NACK设备对应的中继用户设备及复用信道。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基站判断两对中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)是否满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系，具体包括：
所述基站分别判断中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)的中继用户设备、复用信道是否均不相同：
若均不相同，则确定中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系；
若中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)的复用信道不同、但中继用户设备相同，或者，若中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)的中继用户设备不同、但复用信道相同，则确定中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)与(ix2，mx2)不满足中继用户设备与复用信道的一一对应关系；
其中，(ix1，mx1)和(ix2，mx2)表示任意两对不同的中继用户设备和复用信道对；ix1表示中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)中的中继用户设备，mx1表示中继用户设备和复用信道对(ix1，mx1)中的复用信道；ix2表示中继用户设备和复用信道对(ix2，mx2)中的中继用户设备，mx2表示中继用户设备和复用信道对(ix2，mx2)中的复用信道。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4.5)中，所述基站重新选择NACK设备j2′的最优中继用户设备和最优复用信道，具体包括以下子步骤：
(4.5a)所述基站判断NACK设备j2′与ACK设备
Figure FDA0002477007650000041
在信道
Figure FDA0002477007650000042
上的CQI等级
Figure FDA0002477007650000043
是否大于或等于c1：
若是，则将ACK设备
Figure FDA0002477007650000044
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA0002477007650000045
确定为NACK设备j2′的最优复用信道；
否则，转至步骤(4.5b)；
(4.5b)确定NACK设备j2′上报的CQI等级中除
Figure FDA0002477007650000046
和
Figure FDA0002477007650000047
之外的最大CQI等级
Figure FDA0002477007650000048
设该最大CQI等级
Figure FDA0002477007650000049
对应的ACK设备为
Figure FDA00024770076500000410
信道为
Figure FDA00024770076500000411
即
Figure FDA00024770076500000412
判断CQI等级
Figure FDA00024770076500000413
是否大于或等于c1：
若是，则将ACK设备
Figure FDA00024770076500000414
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA00024770076500000415
确定为NACK设备j2′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure FDA00024770076500000416
加入集合S；
否则，转至步骤(4.5c)；
(4.5c)判断CQI等级
Figure FDA00024770076500000417
是否大于CQI等级
Figure FDA00024770076500000418
若是，则将ACK设备
Figure FDA00024770076500000419
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA00024770076500000420
确定为NACK设备j2′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure FDA00024770076500000421
加入集合S，同时交换CQI等级
Figure FDA0002477007650000051
和c1在集合C中的位置；
否则，将ACK设备
Figure FDA0002477007650000052
确定为NACK设备j2′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA0002477007650000053
确定为NACK设备j2′的最优复用信道，并交换CQI等级
Figure FDA0002477007650000054
和c1在集合C中的位置。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(4.7)中，所述基站重新选择NACK设备jk′的最优中继用户设备和最优复用信道，具体包括以下子步骤：
(4.7a)对于集合S中的任一中继用户设备和复用信道对(is，ms)，确定NACK设备jk′在该中继用户设备和复用信道对(is，ms)下的CQI等级
Figure FDA0002477007650000055
是否满足条件：
Figure FDA0002477007650000056
大于或等于当前集合C中的第一个元素；
若集合S中的所有中继用户设备和复用信道对均不满足上述条件，则转至步骤(4.7b)；
若集合S中存在满足上述条件的至少一个中继用户设备和复用信道对，并确定其中能使NACK设备jk′的CQI等级取到最大值的中继用户设备和复用信道对为
Figure FDA0002477007650000057
则将中继用户设备
Figure FDA0002477007650000058
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA0002477007650000059
确定为NACK设备jk′的最优复用信道；
(4.7b)对于集合S中已有的任一ACK设备i′和任一复用信道m′，确定NACK设备jk′与ACK设备i′在复用信道m′上的CQI等级
Figure FDA00024770076500000510
继而确定其中最大的CQI等级为ck，设ck对应的中继用户设备为
Figure FDA00024770076500000511
复用信道为
Figure FDA00024770076500000512
判断ck是否大于或等于当前集合C中的第一个元素：
若是，则将ACK设备
Figure FDA00024770076500000513
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA00024770076500000514
确定为NACK设备jk′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure FDA00024770076500000515
加入集合S；
否则，转至步骤(4.7c)；
(4.7c)判断ck是否大于CQI等级
Figure FDA00024770076500000516
若是，则将ACK设备
Figure FDA00024770076500000517
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA00024770076500000518
确定为NACK设备jk′的最优复用信道，并将中继用户设备和复用信道对
Figure FDA00024770076500000519
加入集合S，同时交换CQI等级
Figure FDA00024770076500000520
和当前集合C中第一个元素在集合C中的位置；
否则，将中继用户设备
Figure FDA0002477007650000061
确定为NACK设备jk′的最优中继用户设备，将信道
Figure FDA0002477007650000062
确定为NACK设备jk′的最优复用信道，并交换CQI等级
Figure FDA0002477007650000063
和当前集合C中第一个元素在集合C中的位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5中所述重传指示消息中包括当前集合C中的第一个元素，步骤5具体包括：
所述基站向所述中继用户设备发送重传指示消息，指示所述中继用户设备根据所述当前集合C中的第一个元素，通过对应的复用信道向对应的NACK设备以D2D通信的方式重传当前目标帧。
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