[发明专利]多无人机空中视频传输中的用户体验质量最大化方法

说明书

本发明涉及蜂窝网联无人机视频传输技术领域，具体公开了一种多无人机空中视频传输中的用户体验质量最大化方法，用于空中视频流传输系统，该系统使用多个蜂窝网联无人机来捕获来自不同兴趣点(PoI)区域的视频，并将视频传输到地面基站(BS)以及用户，以便地面用户可以共享无人机的视野。本发明基于该空中视频流传输系统构建优化问题，通过联合优化传输调度、视频播放速率和无人机轨迹设计，最大化所有用户的最低体验质量(QoE)，这其中考虑了视频传输上行链路干扰以及视频质量和视频流畅度之间的权衡。仿真结果表明，与基准方案相比，本发明所提出的方案实现了显著的性能提升，并实现了视频质量和流畅度之间的折衷权衡。

技术领域

本发明涉及蜂窝网联无人机视频传输技术领域，尤其涉及多无人机空中视频传输中的用户体验质量最大化方法。

背景技术

近年来，移动视频流得到了快速发展并覆盖了广泛的应用，包括电视直播或体育赛事、互动游戏、视频监控等。高质量视频服务的快速增长给当前蜂窝网络基础设施带来了巨大的传输压力，这成为用户体验质量(QoE)提升的瓶颈。预计第六代移动通信(6G)网络将提供更广泛的覆盖区域、无缝连接和更低延迟，其中集成地面网络和非地面网络架构成为重要的组成部分。一方面，由于其高机动性和灵活性，无人机可以用作空中基站或中继站，为地面用户提供灵活的视频流服务。另一方面，配备高清摄像头的无人机可以作为一种新型空中用户集成到蜂窝网络中，从而支持空中视频监控和跟踪、地理摄影等蓬勃发展的多媒体服务。归功于现有蜂窝网络的广泛覆盖范围和蜂窝无线链路的高容量，蜂窝网联的无人机可以实现超越视距的远程控制和通信传输性能的进一步提高。

然而，使用蜂窝网联无人机进行空中视频流传输仍然存在许多挑战。首先，由于无人机的高移动性导致的空地信道质量的频繁变化，使得进行空中视频流传输时很难达到更高的速率和更低的延时抖动。因此，在保证用户体验质量的情况下动态调整视频速率至关重要。此外，视距(LoS)空地信道为蜂窝网联无人机带来机遇的同时也带来很大的挑战。尽管视距空地链路的存在会使得相关基站的上行链路数据速率更高，但是它们对非相关基站上行链路的传输却产生了严重的干扰。

目前多项研究仅使用了单无人机进行监控传输，未考虑多无人机间存在的同信道干扰。实际上，在考虑同信道干扰的情况下，多个蜂窝网联无人机同时进行空中视频流传输是具有挑战性的，这在之前的工作中尚未进行过深入的研究。

发明内容

本发明提供多无人机空中视频传输中的用户体验质量最大化方法，解决的技术问题在于：如何最大化蜂窝网联多无人机空中视频传输中的用户最低体验质量。

为解决以上技术问题，本发明提供多无人机空中视频传输中的用户体验质量最大化方法，包括步骤：

S1、构建空中视频流传输系统并确定无人机轨迹约束条件，该空中视频流传输系统由U架蜂窝网联无人机和K个地面基站组成，其中每架无人机都从各自感兴趣的PoI区域捕获视频，然后将其传输到相应基站，基站通过高容量的蜂窝链路将视频传输给地面用户；

S2、确定所述空中视频流传输系统的通信链路约束条件和视频流约束条件；

S3、计算用户的累积体验质量；

S4、以最大化用户的最低累积体验质量为目标，以所述无人机轨迹约束条件、所述通信链路约束条件、所述视频流约束条件为约束条件，构建联合优化传输调度、视频播放速率和无人机轨迹的优化问题；

S5、对所述优化问题进行求解，得到传输调度、视频播放速率和无人机轨迹的最优解。

进一步地，在步骤S3中，用户的累积体验质量计算为：