无线视频通信跨层资源分配及性能优化

张运生; 姚远; 孙世新; 何志海

doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

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无线视频通信跨层资源分配及性能优化

张运生, 姚远, 孙世新, 何志海

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张运生, 姚远, 孙世新, 何志海. 无线视频通信跨层资源分配及性能优化[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 63-68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

引用本文:

张运生, 姚远, 孙世新, 何志海. 无线视频通信跨层资源分配及性能优化[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 63-68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

ZHANG Yun-sheng, YAO Yuan, SUN Shi-xin, HE Zhi-hai. Cross-Layer Resource Allocation and Performance Optimization for Wireless Video Communication[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2013, 42(1): 63-68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

Citation:

ZHANG Yun-sheng, YAO Yuan, SUN Shi-xin, HE Zhi-hai. Cross-Layer Resource Allocation and Performance Optimization for Wireless Video Communication[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2013, 42(1): 63-68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

无线视频通信跨层资源分配及性能优化

doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

1.
深圳信息职业技术学院软件学院深圳 518172;
2.
清华大学深圳研究生院深圳 518172;
3.
西北工业大学电子信息学院西安 710072;
4.
电子科技大学计算机科学与工程学院成都 610054;
5.
密苏里大学哥伦比亚分校电子与计算机工程系美国哥伦比亚 MO 65201

基金项目:

美国国家科学基金(DBI-0529082, DBI-0529012); 第51批博士后科学基金(2012M510453)

详细信息

作者简介:
张运生(1972-),男,博士,主要从事频处理、压缩及通信、信息论及可靠通信、宽带网络性能建模分析与优化设计、高性能计算等方面的研究.

中图分类号: TP37

Cross-Layer Resource Allocation and Performance Optimization for Wireless Video Communication

1.
Software Engineering Depart,Shenzhen Institute of Information Technology Shenzhen 518172;
2.
Graduate School at Shenzhen,Tsinghua University Shenzhen 518172;
3.
School of Electronics and Information,Northwestern Polytechnical University Xi'an 710072;
4.
School of Computer Science and Engineering,University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054;
5.
Department of Electrical and Computer Engineering,University of Missouri Columbia USA MO 65211

摘要: 提出了一种联合物理-链路-应用层资源分配和性能优化方案. 在资源和时延约束下, 通过在物理层、链路层和应用(视频编码器)层等跨层参数自适应调整, 最大化整体视频质量或尽量最小化端到端的视频失真. 即在能量约束下模拟和控制视频编码的率失真行为, 分析视频数据包在链路层的排队行为, 研究因时延约束违反引起的包丢失对端到端视频失真的影响. 通过解析和实验证明, 所提出方案能够找到在延迟约束下视频编码和无线传输之间的最优能量折衷, 利用链路层的延迟作为一个系统的资源, 取得了显著的性能增益.
- 跨层设计 /
- 能量最小化 /
- 队列分析 /
- 资源分配 /
- 无线视频通信
Abstract: In this paper, a cross-layer approach is used to maximize the overall video quality or minimize the end-to-end video distortion under the constraints of resource and delay through cross-layer adaptation of parameters in physical, link, and application (video encoder) layers. The rate-distortion behavior of video encoders under energy constraints is modeled and controlled. The video packet queuing behavior at the link layer is analyzed and the impact of packet loss due to delay bound violation on the end-to-end video distortion is studied. Analysis and experiment demonstrate that the proposed scheme allows us to find optimum energy tradeoff between video encoding and wireless transmission under delay constraints, exploit the link-layer delay as a system resource, and achieve significant performance gain.
- cross layer /
- energy minimization /
- queuing analysis /
- resource allocation /
- wireless video communication

[1]	史红权, 隆雨佟, 曾黎. 基于IGHS的防空火力资源优化分配模型 . 电子科技大学学报, 2021, 50(5): 720-727. doi: 10.12178/1001-0548.2021033
[2]	肖海林, 左清念, 朱丹, 周梦. 基于D2D的C-V2V车载协作通信资源分配算法 . 电子科技大学学报, 2021, 50(5): 689-696. doi: 10.12178/1001-0548.2020357
[3]	李世超, 王秋云, 寇为刚, 贺国庆. 基于车辆边缘计算的用户能耗最小化资源分配研究 . 电子科技大学学报, 2020, 49(2): 206-212. doi: 10.12178/1001-0548.2018314
[4]	肖海林, 毛淑霞, 刘小兰, 张文倩. 混合能源基站的用户关联与资源分配 . 电子科技大学学报, 2020, 49(4): 555-562. doi: 10.12178/1001-0548.2019169
[5]	陈玲姣, 蔡世民, 张千明, 周涛, 张翼成. 基于信任关系的资源分配推荐算法改进研究 . 电子科技大学学报, 2019, 48(3): 449-455. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2019.03.022
[6]	田心记, 贾文杰. 超密集网络中基于分簇的资源分配方案 . 电子科技大学学报, 2019, 48(6): 823-830. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2019.06.004
[7]	赵倩文, 吴晔, 王胜烽. 人在社交网络中的投资行为研究 . 电子科技大学学报, 2018, 47(2): 298-302. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.02.022
[8]	钮金鑫, 郭伟. 移动D2D网络中基于链路状态预测的资源分配算法 . 电子科技大学学报, 2018, 47(5): 665-671. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2018.05.005
[9]	冯立, 邝育军, 代泽洋, 付新川. 异构认知网中基于能效的协作技术研究 . 电子科技大学学报, 2017, 46(5): 666-672. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.05.005
[10]	陈爱国, 王玲, 任金胜, 罗光春. 基于资源分组的多约束云工作流调度算法 . 电子科技大学学报, 2017, 46(3): 562-568. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.03.014
[11]	张劼, 钟朗, 李广军, 杨学敏, 杨云乐. 基于节点优先级的无线Mesh网络资源分配 . 电子科技大学学报, 2016, 45(1): 54-59. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2016.01.008
[12]	梁靓, 冯钢. 两跳中继网络的资源分配算法 . 电子科技大学学报, 2013, 42(6): 836-841. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.06.005
[13]	朱达荣, 张建辉, 申兴发, 戴国骏. 无线传感器自然能量供电设计及实验分析 . 电子科技大学学报, 2011, 40(5): 777-782. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2011.05.027
[14]	魏宁, 张忠培, 李少谦. 解码前传协同通信的断线率最小化 . 电子科技大学学报, 2009, 38(1): 36-39.
[15]	曾志民, 郑洁莹, 张天魁. OFDM系统多小区联合资源分配算法 . 电子科技大学学报, 2008, 37(6): 811-814.
[16]	雷航, 王亮. 最迟预分配容错实时调度算法设计与分析 . 电子科技大学学报, 2007, 36(3): 524-527.
[17]	瞿成明, 江明, 陈其工. 直接转矩控制转矩脉动最小化方法研究 . 电子科技大学学报, 2006, 35(6): 942-945.
[18]	符初生, 张忠培. 基于OFDMA资源调度分配算法的研究 . 电子科技大学学报, 2003, 32(5): 508-511.
[19]	肖尚辉, 徐继麟. 无线通信用SAW滤波器的分析与设计 . 电子科技大学学报, 2002, 31(5): 452-455.
[20]	喻胜, 何丕雁, 陈光. 利用最小化代价函数方法实现多窗口谱分析 . 电子科技大学学报, 1999, 28(3): 273-277.

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doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

1. 深圳信息职业技术学院软件学院深圳 518172;

2. 清华大学深圳研究生院深圳 518172;

3. 西北工业大学电子信息学院西安 710072;

4. 电子科技大学计算机科学与工程学院成都 610054;

5. 密苏里大学哥伦比亚分校电子与计算机工程系美国哥伦比亚 MO 65201

基金项目:

美国国家科学基金(DBI-0529082, DBI-0529012); 第51批博士后科学基金(2012M510453)

作者简介:
张运生(1972-),男,博士,主要从事频处理、压缩及通信、信息论及可靠通信、宽带网络性能建模分析与优化设计、高性能计算等方面的研究.

收稿日期: 2010-09-19
修回日期: 2012-09-28
刊出日期: 2013-02-15

中图分类号: TP37

关键词:

摘要: 提出了一种联合物理-链路-应用层资源分配和性能优化方案. 在资源和时延约束下, 通过在物理层、链路层和应用(视频编码器)层等跨层参数自适应调整, 最大化整体视频质量或尽量最小化端到端的视频失真. 即在能量约束下模拟和控制视频编码的率失真行为, 分析视频数据包在链路层的排队行为, 研究因时延约束违反引起的包丢失对端到端视频失真的影响. 通过解析和实验证明, 所提出方案能够找到在延迟约束下视频编码和无线传输之间的最优能量折衷, 利用链路层的延迟作为一个系统的资源, 取得了显著的性能增益.

English Abstract

Cross-Layer Resource Allocation and Performance Optimization for Wireless Video Communication

1. Software Engineering Depart,Shenzhen Institute of Information Technology Shenzhen 518172;

2. Graduate School at Shenzhen,Tsinghua University Shenzhen 518172;

3. School of Electronics and Information,Northwestern Polytechnical University Xi'an 710072;

4. School of Computer Science and Engineering,University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054;

5. Department of Electrical and Computer Engineering,University of Missouri Columbia USA MO 65211

Received Date: 2010-09-19
Rev Recd Date: 2012-09-28
Publish Date: 2013-02-15

Keywords:

Abstract: In this paper, a cross-layer approach is used to maximize the overall video quality or minimize the end-to-end video distortion under the constraints of resource and delay through cross-layer adaptation of parameters in physical, link, and application (video encoder) layers. The rate-distortion behavior of video encoders under energy constraints is modeled and controlled. The video packet queuing behavior at the link layer is analyzed and the impact of packet loss due to delay bound violation on the end-to-end video distortion is studied. Analysis and experiment demonstrate that the proposed scheme allows us to find optimum energy tradeoff between video encoding and wireless transmission under delay constraints, exploit the link-layer delay as a system resource, and achieve significant performance gain.

张运生, 姚远, 孙世新, 何志海. 无线视频通信跨层资源分配及性能优化[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 63-68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

引用本文:

张运生, 姚远, 孙世新, 何志海. 无线视频通信跨层资源分配及性能优化[J]. 电子科技大学学报, 2013, 42(1): 63-68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2013.01.015

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作者简介:
张运生(1972-),男,博士,主要从事频处理、压缩及通信、信息论及可靠通信、宽带网络性能建模分析与优化设计、高性能计算等方面的研究.

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作者简介: 张运生(1972-),男,博士,主要从事频处理、压缩及通信、信息论及可靠通信、宽带网络性能建模分析与优化设计、高性能计算等方面的研究.

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张运生(1972-),男,博士,主要从事频处理、压缩及通信、信息论及可靠通信、宽带网络性能建模分析与优化设计、高性能计算等方面的研究.