本發(fā)明屬于移動通信技術領域，具體涉及基于社會網(wǎng)絡的不同簇間用戶協(xié)作傳輸方法，可以實現(xiàn)用戶間高速視頻流共享。

背景技術：

未來移動通信技術需要支持移動電視、流媒體視頻和視頻監(jiān)控等個性化多媒體服務，目前，為未來移動通信技術場景特別是高速率、高可靠網(wǎng)絡提供滿意的服務質量和用戶體驗仍然面臨諸多的挑戰(zhàn)。目前，網(wǎng)絡節(jié)點間的視頻傳輸系統(tǒng)可分為組播和單播兩種方式，組播是指把信息同時傳遞給一組目的地址的過程，節(jié)省了服務器的負載，然而組播相對于單播無法針對用戶的要求提供個性化服務，同時，組播的通信速率受限于信道質量最差的用戶，會導致較低的數(shù)據(jù)速率，從而降低視頻流的品質。

d2d技術的出現(xiàn)改變了蜂窩網(wǎng)絡的運行模式，d2d通信是指數(shù)據(jù)不經過網(wǎng)絡的中轉直接在終端之間進行短距離傳輸?shù)倪^程，在蜂窩網(wǎng)絡中引入d2d通信技術能提高吞吐量、擴展網(wǎng)絡覆蓋、提高能量效率、提升用戶體驗。隨著d2d技術被廣泛采納，未來移動通信技術服務配置過程中期望用戶設備充當更積極的角色，比如d2d數(shù)據(jù)轉發(fā)中繼、內容分發(fā)和緩存以及用戶間的協(xié)作通信。這種新的通信形式將改變傳統(tǒng)的蜂窩通信模式，網(wǎng)絡的進化使用戶設備不斷地擴充其功能而基站的重要程度越來越小。

大多數(shù)的研究都假定所有的用戶之間都具有同等的合作意愿，然而實際情況并非如此，因為用戶對內容的興趣度不同，并且不愿意與其不存在社交關系的潛在d2d用戶進行協(xié)作。在實際場景(會議、音樂廳、體育比賽)中，很多用戶可能請求同的視頻，傳統(tǒng)的方式基站以通過多次重傳將內容傳送給這些用戶，為此，一些研究人員提出，數(shù)據(jù)包應該通過協(xié)作的方式進行通信傳輸，這不僅提高了數(shù)據(jù)包傳輸?shù)馁|量，降低了傳輸延遲，而且還提高了蜂窩網(wǎng)絡的邊緣覆蓋范圍。人類的行為改變了視頻的產生、分布以及傳播的路徑，用戶開始參與視頻的傳播而不再是被動的接受者，用戶產生視頻內容的增加以及社會化共享的覆蓋面的空前擴大使視頻傳輸面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術的問題。提出了一種能夠降低計算復雜度，提高吞吐量、實現(xiàn)了高速的視頻流共享的基于穩(wěn)定匹配的協(xié)作視頻傳輸方法。本發(fā)明的技術方案如下：

一種基于穩(wěn)定匹配的協(xié)作視頻傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：視頻采用多描述編碼，將視頻流分割成多個數(shù)據(jù)包，基站廣播被分割的數(shù)據(jù)包給用戶，接收相同數(shù)據(jù)包的用戶被分為同一個簇；

步驟2)：建立終端用戶屬性關系，引入權重因子，計算每個終端用戶屬性的重要程度和任意兩個用戶屬性距離，結合物理距離y計算出社會關系sij(y)；

步驟3)：利用社會關系sij(y)和用戶接收信噪比計算終端用戶間一個時隙單播的吞吐量和時延；

步驟4)：根據(jù)計算的單播吞吐量建立任意兩個簇用戶之間的偏好序列，利用基于穩(wěn)定匹配的d2d協(xié)作傳輸算法使用戶自主協(xié)商形式穩(wěn)定的協(xié)作方案。

進一步的，所述步驟1)視頻流采用mdc產生多個相互獨立同時又具有一定相關性的碼流，各個描述可以分別獨立解碼獲得重建質量，基站廣播視頻流后用戶至少獲得一個描述且將獲得相同描述的用戶分為一個簇，其次，為了重建完整視頻數(shù)據(jù)包，用戶需要與其它簇內的用戶通過短距離d2d通信進行協(xié)作。

進一步的，所述步驟2)建立終端用戶屬性關系，計算每個屬性的重要程度和任意兩個用戶屬性距離，結合物理距離y計算出社會關系sij(y)具體包括；

先對每一個節(jié)點引入一個k維的坐標矢量fk代表特定維度上屬性的值，權重因子cu滿足從而獲得用戶的社會距離系數(shù)αij，用戶之間的距離隨機變化，當d<r0，用戶愿意轉發(fā)的數(shù)據(jù)包的概率為1；當d>r0時，協(xié)作意愿與距離以及社會距離系數(shù)αij成反比。

進一步的，所述權重因子cu在維度u上屬性的權重計算公式為：

fiu表示用戶i在維度u上屬性的值，fik表示表示用戶j在維度k上屬性的值，fju表示表示用戶j在維度u上屬性的值

任意兩個用戶屬性的距離可以表示為：

v(i)表示用戶i的屬性向量，v(j)表示用戶j的屬性向量

假定在半徑r的范圍之內，在t^th時刻用戶uei的位置均勻移動且服從與時間無關的平穩(wěn)遍歷性，且所有用戶的位置是獨立服從相同分布(i.i.d.)，任意兩個用戶的距離dl的概率密度函數(shù)fy(y)為：

fy(y)表示用戶間距離的分布函數(shù)

結合用戶間的物理距離和屬性距離，定義當用戶處于鄰居距離且接觸相對頻繁時，用戶愿意轉發(fā)的數(shù)據(jù)包的概率為隨機相遇的用戶的協(xié)作意愿與距離以及社會距離系數(shù)αij成反比，社會關系可以表示為：

進一步的，所述步驟3)：利用社會關系sij(y)和用戶接收信噪比計算終端用戶間一個時隙單播的吞吐量和時延，具體包括：在一個時隙內要保證視頻數(shù)據(jù)包被相鄰簇的接收端成功接收要滿足兩個條件，其一，發(fā)送端和接收端之間存在社會關系，再者，由于小規(guī)模衰落和路徑損耗的影響，瞬時接收信噪比要高于預定義的閾值γ，在一個時隙內接收端成功接收數(shù)據(jù)包的概率為

其中pt表示發(fā)送端的發(fā)送功率，h(t)表示在t^th時隙信號振幅，ω(y)表示路徑損耗，n0w表示高斯白噪聲的功率，最后積分得到單播吞吐量，一個時隙內平均吞吐量eij[u(y)]可以表示為：

進一步的，所述步驟4)基于穩(wěn)定匹配的d2d協(xié)作傳輸算法，具體的步驟包括：

1、對任意接收數(shù)據(jù)包da和db的兩個簇和每個用戶根據(jù)吞吐量大小建立偏好序列，mi表示接收數(shù)據(jù)包da的用戶，nj表示接收數(shù)據(jù)包db的用戶，n表示接收數(shù)據(jù)包da的用戶數(shù)量，m表示接收數(shù)據(jù)包db的用戶數(shù)量；

2、初始化定義mmatchlist，mmatchlist表示用戶mi的匹配列表；

3、沒有匹配的用戶mi給其偏好列表里沒有拒絕過mi偏好最高的用戶nj發(fā)送d2d協(xié)作請求；

4、如果其中＞表示偏好傾向，mi′表示當前申請協(xié)作的用戶；

5、nj接受mi的請求并拒絕當前的匹配對象mi′，mi從mmatchlist中被移除；

6、如果

7、nj拒絕mi的請求并維持當前的匹配狀態(tài)，mi更新其偏好列表；

8、如果mi∈mmatchlist，算法結束。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：

本發(fā)明提出一種基于穩(wěn)定匹配的協(xié)作視頻傳輸方法。具體創(chuàng)新步驟包括：1)本發(fā)明將視頻流分割成多個數(shù)據(jù)包，融合了蜂窩網(wǎng)絡和短距離通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)了高速的視頻流共享，讓用戶之間進行數(shù)據(jù)共享，減輕了基站的負擔；2)利用權重因子反映用戶不同屬性的重要性并結合物理距離建立動態(tài)社會關系并分析一個時隙單播吞吐量，社會關系強度能影響數(shù)據(jù)包傳輸成功的概率；3)利用gale-shapley算法形成兩個不同簇間用戶的協(xié)作傳輸方案，提高了吞吐量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實施例的的視頻流協(xié)作傳輸應用場景圖；

圖2基于穩(wěn)定匹配的協(xié)作視頻傳輸方法流程圖；

圖3為本發(fā)明社會關系計算與物理距離關系示意圖；

圖4為gale-shapley算法示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、詳細地描述。所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例。

本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案是：

本發(fā)明主要應用于蜂窩網(wǎng)絡和短距離通信同時存在的混合異構網(wǎng)絡，下面將結合附圖和實例圖，對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述。

圖1為本發(fā)明的應用場景圖，為降低多個發(fā)射端之間的干擾，基站分配給這個用戶獨立且相互正交的信道資源?；緩V播視頻流后用戶至少獲得一個描述且將獲得相同描述的用戶分為一個簇，其次，為了重建完整視頻數(shù)據(jù)包，用戶需要與其它簇內的用戶通過短距離d2d通信進行協(xié)作。引入社會層面描述不同的用戶之間社會關系強度，用戶間的社會關系和物理信道條件共同決定了其選擇協(xié)作對象的偏好。

圖2為本發(fā)明的總體流程圖，下面結合附圖進行說明，包括以下幾個步驟：

步驟一：視頻采用多描述編碼，基站廣播被分割的數(shù)據(jù)包給用戶，接收相同數(shù)據(jù)包的用戶被分為同一個簇；

基站作為控制中心控制整個小區(qū)的群組形成和資源分配。在人群密集區(qū)域，有n個用戶向基站請求相同的視頻資源，數(shù)據(jù)包被分成兩個階段傳輸。首先，基站通過蜂窩信道從服務器廣播原始視頻數(shù)據(jù)包，假設視頻采用多描述編碼產生多個相互獨立同時又具有一定相關性的碼流(描述)，各個描述可以分別獨立解碼獲得重建質量，且重建效果隨著接收到的描述的數(shù)量相應提高，由于無線信道的衰減和網(wǎng)絡異構性，很多用戶只得到了視頻流的部分數(shù)據(jù)包。獲得相同描述的用戶分為一個簇，其次，為了重建完整視頻數(shù)據(jù)包，用戶需要與其它簇內的用戶通過短距離d2d通信進行協(xié)作。

步驟二：建立終端用戶屬性關系，計算每個屬性的重要程度和任意兩個用戶屬性距離，結合物理距離y計算出社會關系sij(y)；

先對每一個節(jié)點引入一個k維的坐標矢量每個值代表特定維度上屬性的值，為了將每個屬性區(qū)分開來，利用權重因子c表示每個屬性的重要性，且滿足在維度u上屬性的權重為：

fiu表示用戶i在維度u上屬性的值，fik表示表示用戶j在維度k上屬性的值，fju表示表示用戶j在維度u上屬性的值

任意兩個用戶屬性的距離可以表示為：

v(i)表示用戶i的屬性向量，v(j)表示用戶j的屬性向量

由于用戶是隨機移動的，假定在半徑r的范圍之內，在t^th時刻用戶uei的位置均勻移動且服從與時間無關的平穩(wěn)遍歷性，且所有用戶的位置是獨立服從相同分布(i.i.d.)，任意兩個用戶的距離dl的概率密度函數(shù)(pdf)fy(y)為：

fy(y)表示用戶間距離的分布函數(shù)

結合用戶間的物理距離和屬性距離，由圖3，定義當用戶處于鄰居距離且接觸相對頻繁時，用戶愿意轉發(fā)的數(shù)據(jù)包的概率為隨機相遇的用戶的協(xié)作意愿與距離以及社會距離系數(shù)αij成反比，社會關系可以表示為：

步驟三：利用社會關系和無線傳播環(huán)境計算終端用戶間一個時隙單播的吞吐量和時延；

由于人類的參與使d2d通信在很大的程度上具有主觀性質，兩個用戶之間成功建立通信并不是無條件的，還要取決于在這個時刻用戶之間的社會關系以及信道通信質量的好壞。因此，在一個時隙內要保證視頻數(shù)據(jù)包被相鄰簇的接收端成功接收要滿足下面兩個條件，其一，發(fā)送端和接收端之間存在社會關系，再者，由于小規(guī)模衰落和路徑損耗的影響，瞬時接收信噪比(snr)要高于預定義的閾值γ，本文設定社會關系閾值距離r0要大于“近場”的邊緣距離d0。綜合考慮物理因素和社會因素，在一個時隙內接收端成功接收數(shù)據(jù)包的概率為：

其中pt表示發(fā)送端的發(fā)送功率，h(t)表示在t^th時隙信號振幅，ω(y)表示路徑損耗，n0w表示高斯白噪聲的功率。

一個時隙內平均吞吐量eij[u(y)]可以表示為：

步驟四：根據(jù)計算的單播吞吐量建立任意兩個簇用戶之間的偏好序列，利用匹配算法形成穩(wěn)定的協(xié)作方案。

d2d協(xié)作傳輸模型可建立為：

圖4為基于穩(wěn)定匹配的d2d協(xié)作傳輸算法，具體的步驟包括：

1、對任意接收數(shù)據(jù)包da和db的兩個簇和每個用戶根據(jù)吞吐量大小建立偏好序列，mi表示接收數(shù)據(jù)包da的用戶，nj表示接收數(shù)據(jù)包db的用戶，n表示接收數(shù)據(jù)包da的用戶數(shù)量，m表示接收數(shù)據(jù)包db的用戶數(shù)量；

2、初始化定義mmatchlist，mmatchlist表示用戶mi的匹配列表；

3、沒有匹配的用戶mi給其偏好列表里沒有拒絕過mi偏好最高的用戶nj發(fā)送d2d協(xié)作請求；

4、如果

5、nj接受mi的請求并拒絕當前的匹配對象mi′，mi從mmatchlist中被移除；

6、如果

7、nj拒絕mi的請求并維持當前的匹配狀態(tài)，mi更新其偏好列表；

8、如果mi∈mmatchlist，算法結束。

以上這些實施例應理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內容之后，技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權利要求所限定的范圍。