面向用户体验的IMT-Advanced系统跨层无线资源分配技术研究

In recent years, quality of experience (QoE) has received more attentions than any before as the fast development of mobile internet. Therefore, the traditional network-centric wireless resource allocation in IMT-Advanced systems should be designed to improve the user experience. This project aims to do some researches on the QoE-oriented cross-layer wireless resource allocation algorithms. Based on the no-reference quality assessment for QoE,an utility function is proposed which guaranteed the minimum user experience. Furthermore, the non-cooperative game theory is applied to model the problem of QoE-oriented cross-layer resource allocation. The existence of Nash equilibrium point is also proven. Since the lack of no-reference quality assessment of QoE for streaming, WWW and WAP，on-line QoE assessment testbed is developed and those assessment model is set up according to the combination of experiment and multivariate nonlinear regression. The implement of this project will greatly improve user experience in IMTA systems and promote the further researches on user-centric network plan, optimization and operation.

随着移动互联网的飞速发展，用户体验受到了前所未有的关注，IMT-Advanced系统的无线资源分配技术必然面临着由"网络质量驱动"向"用户体验驱动"的转变。本项目拟研究面向用户体验的IMTA系统跨层无线资源分配技术，基于用户体验客观评估模型构建效用函数以确保所有业务的最低用户体验，基于效用函数建立多业务环境下的无线资源分配非合作博弈模型，提出联合应用层、传输层、数据链路层及物理层整体优化的无线资源共享策略，并证明了纳什均衡解的存在性，实现保证用户体验的同时提高资源分配的有效性和公平性；为了支撑面向用户体验的无线资源分配的研究，针对流媒体、WWW、WAP业务用户体验客观无参考评估模型缺失的问题，构建在线评估实验环境，并采用实验与多元非线性回归分析相结合的方法获取其客观评估模型。本项目的研究将显著提升IMTA系统的用户体验，从而推动以用户为中心的网络规划、网络优化和网络运营的进一步研究和发展。

传统的跨层无线资源分配技术以提升网络服务质量为优化目标，而网络服务质量并不能够真正体现用户体验。近些年，以用户为中心设计网络的思想也越来越被学术界和产业界所接受，因此IMTA系统中的新型无线资源分配技术也必然面临着由“网络质量驱动”向“用户体验驱动”的转变。因此针对多业务环境下，以提升用户体验为目标，联合各个协议层（包括应用层、传输层、无线链路层以及物理层）进行系统优化，深入开展IMTA系统跨层无线资源分配将具有很重要的理论和现实意义。.本课题拟研究面向用户体验的IMTA系统跨层无线资源分配技术。首先，针对移动互联网中几类业务（以流媒体业务为主）客观评价模型缺失的现状，探寻其用户体验客观评价模型，为多业务环境下的跨层无线资源分配提供优化依据；其次，建立面向用户体验的IMTA系统跨层无线资源共享的数学模型，探索联合应用层、传输层、无线链路层以及物理层的系统型跨层优化方法，在保证每个业务获得最低用户体验的情况下，提升无线资源利用效率，满足人们日益增长的通信业务多样性、宽带性和高服务质量需求。.项目执行期间，我们严格按照研究计划要点推进研究工作，并取得了以下成果：.1），以流媒体业务为重点，我们提出了基于视频质量特征相关的无参考QoE评价方法，只需要获取播放的视频信息即可进行评价，该无参考QoE评价方法综合考虑了空间域的块效应、模糊度，以及时间域的流畅度三个参数。通过采用了LIVE提供的10种移动视频主观评价数据来进行拟合分析，发现我们所提出的MOS评估值与实际值之间的相关度能达到0.7997；.2），针对IMTA上行、下行系统开展了面向用户体验的跨层资源分配研究，从应用层、无线链路层及物理层进行联合优化，具体而言，我们研究了MIMO OFDM上行系统、SC-FDMA上行系统以及VMIMO SC-FDMA上行系统的跨层资源分配技术。特别的，在SC-FDMA上行系统中，我们从运营商和用户角度，探讨了不同的用户体验优化目标对系统性能和用户体验的影响，据我们所知，这是首次对体验不同的优化目标进行探讨；在VMIMO SC-FDMA系统中，我们提出了S-D维的模型，并提出改进的松弛拉格朗日算法进行求解，该解决方案能够在多项式时间和空间复杂度上给出精度可度量的优化结果。.3），基于NS3仿真软件，构建了IMTA系统的半实物实时仿真系统，能够实现对不同的资源分配算法进行仿真分析，并对流