CN115277420A - 一种虚拟现实网络资源管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟现实网络资源管理方法,本发明中可见光定位系统向卫星提供用户的位置信息,在卫星产生相应的虚拟图像,并传输给室内小基站,室内小基站通过太赫兹链路将虚拟图像传输给用户。通过选取恰当的服务顺序、室内小基站和用户之间的关联,以及选择合适的可见光接入点,可以有效地实现虚拟图像传输时延的最小化。该问题是一个非线性问题,通过大M方法将非线性问题转换为一个线性混合整数规划问题,并通过Q‑learning算法实现最小传输时延。
Description
技术领域
本发明涉及一种虚拟现实网络资源管理方法,属于天地一体化网络的无线资源管理技术领域。
背景技术
在传统的虚拟现实VR服务中,一般忽略了VR用户的准确位置,或者定位VR用户的位置信息不准确,从而影响VR用户的体验感问题。另外,由于一些不可抗拒因素(地震、战争等)的影响,可能会对地面基站造成破坏,这对传统的VR图像的形成造成了一定的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种虚拟现实网络资源管理方法。
为达到上述目的,本发明提供一种虚拟现实网络资源管理方法,包括:
基于Q-learning算法,对预先获取的整数优化模型进行资源分配,最小化传输时延;
预先获取整数优化模型,通过以下步骤实现:
构建非线性初始优化模型;
基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型。
优先地,构建的非线性初始优化模型的表达式为:
γ nki =1表示第k个可见光接入点在第i个时隙为第n个用户服务,u nβ =1表示第β个室内小基站为第n个用户服务,T ni =1表示在第i个时隙为第n个用户服务。
优先地,基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型,通过以下步骤实现:
利用大M法,将转化后的非线性初始优化模型转变为线性混合的整数优化模型:
其中,S为在卫星处生成的VR图像大小,M为预设的中间参数,C β 表示卫星传输到第β个室内小基站的信息速率;C nβi 表示在第i个服务时隙时第β个室内小基站传输给第n个用户的信息速率。
优先地,基于Q-learning算法,对预先获取的整数优化模型进行资源分配,最小化传输时延,通过以下步骤实现:
若不符合C7-C12的约束,则将设定的小奖励值赋予给奖励值R i ,更新Q值表;
优先地,Q值表的更新公式如下:
其中,Q(s i+1 , a i+1 )为Q值表中的第i+1行第i+1列的值,Q(s i , a i )为Q值表中的第i行第i列的值,a i 是第i个动作,s i 是采取动作a i-1 后的状态,α为学习率,R i 是在状态s i 下采取第i个动作a i 时的奖励值,γ为折扣率,s i+1 是采取动作a i 后的状态;a为动作a i 的集合,是在状态s i+1 下采取的动作。
一种虚拟现实网络资源管理分配系统,包括:
资源分配模块,用于基于Q-learning算法,对预先获取的整数优化模型进行资源分配,最小化传输时延;
构建模块,用于构建非线性初始优化模型;
转换初始模型模块,用于基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型。
一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
本发明所达到的有益效果:
本发明根据大M方法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型,基于Q-learning算法,对转化后的整数优化模型进行资源分配,从而实现所有用户的传输时延最小化。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为通信链路的示意图;
图3为本发明和传统算法的传输时延对比图。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示,一种虚拟现实网络资源管理方法,包括:
步骤1,基于通信链路,选取合适的服务顺序、室内小基站和用户之间的关联,以及选择合适的可见光接入点;
步骤2,基于步骤1,构建初始化模型;其中,初始优化模型为非线性优化模型,以所有用户的传输速率最小化为目标,优化用户与室内小基站的关联以及服务顺序;
步骤3,基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型;
步骤4,基于Q-learning算法,对转化后的整数优化模型进行资源分配,从而实现所有用户的传输时延的最小化。
以图2的通信链路为例,其由1个卫星、1个地面网关和带有室内定位系统的室内网络组成。室内网络由α个可见光接入点和β个室内小基站组成,室内共有N个用户。
假设从地面网关到室内小基站传输无损耗,那么室内小基站的接收到的信息速率C β 表示为:
其中,B 1为卫星的信号带宽,P r 为室内小基站接收功率,N 0为奈奎斯特噪声功率。
那么,信号从卫星到室内小基站的延迟Φ为:
其中,S为在卫星处生成的VR图像大小。
第i个服务时隙时第β个室内小基站传输给第n个用户的信息速率C nβi 表示为:
其中,B 2是室内小基站的信号带宽,g nβi 是室内太赫兹通信链路的损失;N nβi 是总噪声,由奈奎斯特噪声功率和分子吸收功率组成。
分子系数功率表示为:
其中,c为光速;f为室内小基站的工作频率,π为圆周率;d nβi 为第n个用户到第β个室内小基站的距离;δ(d nβi )为遵循比尔—朗伯定理的介质的透射率,P为VR设备端的接收功率。
那么,信号从室内小基站到第n个用户的时延表示为:
那么,总时延τ表示为:
因此,可以构建以下初始优化模型,该模型以所有用户时延的最小化为目标,优化用户与室内小基站的关联和服务顺序。具体如下:
构建的非线性初始优化模型的表达式为:
γ nki =1表示第k个可见光接入点在第i个时隙为第n个用户服务,u nβ =1表示第β个室内小基站为第n个用户服务,T ni =1表示在第i个时隙为第n个用户服务。
基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型,通过以下步骤实现:
利用大M法,将转化后的非线性初始优化模型转变为线性混合的整数优化模型:
其中,S为在卫星处生成的VR图像大小,M为预设的中间参数,C β 表示卫星传输到第β个室内小基站的信息速率;C nβi 表示在第i个服务时隙时第β个室内小基站传输给第n个用户的信息速率。
基于Q-learning算法,对预先获取的整数优化模型进行资源分配,最小化传输时延,通过以下步骤实现:
若不符合C7-C12的约束,则将设定的小奖励值赋予给奖励值R i ,更新Q值表;
Q值表的更新公式如下:
其中,Q(s i+1 , a i+1 )为Q值表中的第i+1行第i+1列的值,Q(s i , a i )为Q值表中的第i行第i列的值,a i 是第i个动作,s i 是采取动作a i-1 后的状态,α为学习率,R i 是在状态s i 下采取第i个动作a i 时的奖励值,γ为折扣率,s i+1 是采取动作a i 后的状态;a为动作a i 的集合,是在状态s i+1 下采取的动作。
一种虚拟现实网络资源管理分配系统,包括:
资源分配模块,用于基于Q-learning算法,对预先获取的整数优化模型进行资源分配,最小化传输时延;
构建模块,用于构建非线性初始优化模型;
转换初始模型模块,用于基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型。
一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
如图3所示,随着室内小基站数量的增加,本发明对VR用户的平均时延(单位ms)和传统算法对VR用户的平均时延如表1所示,由表1可知本发明的平均时延明显低于传统算法的平均时延。
表1
室内小基站的数量 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
传统算法的平均时延 | 33 | 31 | 24.33 | 21.33 | 16 | 14.67 | 14.33 | 13.67 | 11.67 |
本发明的平均时延 | 32.23 | 26.32 | 19.66 | 16.33 | 11.08 | 9.939 | 9.447 | 8.725 | 6.878 |
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种虚拟现实网络资源管理方法,其特征在于,包括:
基于Q-learning算法,对预先获取的整数优化模型进行资源分配,最小化传输时延;
预先获取整数优化模型,通过以下步骤实现:
构建非线性初始优化模型;
基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型。
6.一种虚拟现实网络资源管理分配系统,其特征在于,包括:
资源分配模块,用于基于Q-learning算法,对预先获取的整数优化模型进行资源分配,最小化传输时延;
构建模块,用于构建非线性初始优化模型;
转换初始模型模块,用于基于大M法,将非线性初始优化模型转化为线性混合的整数优化模型。
7.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
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袁泉等: "基于Q-learning算法的vEPC虚拟网络功能部署方法", 《通信学报》 * |
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