本發(fā)明屬于無線通信，更具體地，涉及面向多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、元宇宙的出現(xiàn)和快速擴(kuò)展促進(jìn)了以虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等技術(shù)為主的虛實(shí)融合業(yè)務(wù)的快速發(fā)展。在以用戶為中心的虛實(shí)融合交互中，基于視覺、聽覺和觸覺的多感官虛實(shí)融合業(yè)務(wù)可以為多用戶提供身臨其境的沉浸式體驗(yàn)。由于沉浸式虛實(shí)融合業(yè)務(wù)中不同感官信號(hào)在傳輸特性和要求上存在顯著差異，如何有效傳輸多用戶多模態(tài)流還需要進(jìn)一步研究。

2、在多模態(tài)流的傳輸中，視聽流的傳輸具備增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶通信特點(diǎn)，而觸覺流的傳輸具備超可靠低時(shí)延通信特點(diǎn)。5g新無線電中靈活幀結(jié)構(gòu)和資源穿刺方案是滿足蜂窩網(wǎng)絡(luò)多模態(tài)業(yè)務(wù)性能需求的有效傳輸方式。傳統(tǒng)的無線資源優(yōu)化多以成功傳輸數(shù)據(jù)包為目標(biāo)，而多模態(tài)流的傳輸應(yīng)該在滿足觸覺流傳輸需求的情況下考慮視聽流的完整性傳輸。

3、從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕嵌?，每一個(gè)視聽幀由數(shù)十個(gè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（ip）數(shù)據(jù)包組成，在不考慮分層或切片方案的情況下，只有當(dāng)所有相關(guān)的ip數(shù)據(jù)包都被成功接收時(shí)，視聽幀才能在接收端解碼。如果接收方?jīng)]有接收到一個(gè)或多個(gè)ip數(shù)據(jù)包，則對(duì)應(yīng)的視聽幀無法解碼，從而影響用戶的沉浸式體驗(yàn)。對(duì)于多用戶多感官虛實(shí)融合服務(wù)，視聽幀的完整傳輸和觸覺流的實(shí)時(shí)傳輸對(duì)于用戶的沉浸式多感官體驗(yàn)都很重要。如何在用戶觸覺流傳輸實(shí)時(shí)性約束下進(jìn)行資源調(diào)度，以滿足用戶視聽流完整性傳輸需求是一個(gè)具備挑戰(zhàn)性的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，首先提供一種多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度方法，通過頻譜和功率資源調(diào)度，優(yōu)化多用戶的多模態(tài)感知效用，在考慮多用戶觸覺流實(shí)時(shí)傳輸情況下滿足多用戶視聽流的完整性傳輸需求。

2、本發(fā)明再一個(gè)目的在于提供一種多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)上述的多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度方法。

3、基于以上目的，本發(fā)明一方面提供一種多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、s1、針對(duì)多用戶多模態(tài)流傳輸任務(wù)，獲取視聽流傳輸速率和觸覺流傳輸時(shí)延；

5、s2、根據(jù)所述視聽流傳輸速率和觸覺流傳輸時(shí)延，以最大化多用戶多模態(tài)感知效用為目標(biāo)，建立資源調(diào)度的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并求解該模型，得到在頻譜和功率資源約束下最大化多用戶多模態(tài)感知效用的資源數(shù)量；

6、s3、根據(jù)用戶需求的資源數(shù)量為多用戶分配功率和頻譜資源。

7、作為優(yōu)選地技術(shù)方案，步驟s1針對(duì)多用戶多模態(tài)流傳輸任務(wù)，獲取視聽流傳輸速率和觸覺流傳輸時(shí)延；包括：

8、s11、針對(duì)多用戶多模態(tài)流傳輸任務(wù)，建立觸覺流和視聽流的傳輸模型；

9、s12、計(jì)算視聽流傳輸速率和觸覺流傳輸時(shí)延。

10、作為優(yōu)選，步驟s11針對(duì)多用戶多模態(tài)流傳輸任務(wù)，建立觸覺流和視聽流的傳輸模型，具體包括：

11、針對(duì)視聽流，用戶視聽幀持續(xù)時(shí)間為秒，為每個(gè)視聽幀傳輸預(yù)留的時(shí)間為個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙又分為個(gè)微時(shí)隙，視聽流以時(shí)隙為基礎(chǔ)進(jìn)行傳輸，而觸覺流以微時(shí)隙為基礎(chǔ)進(jìn)行傳輸；

12、基站為覆蓋范圍內(nèi)的用戶提供服務(wù)，基站的集合為，用戶的集合為，每個(gè)基站占用若干頻譜資源塊，且基站之間重用部分頻譜資源塊，頻譜資源塊的集合表示為；

13、步驟s12計(jì)算視聽流傳輸速率和觸覺流傳輸時(shí)延，具體包括：

14、將基站服務(wù)的用戶在時(shí)隙內(nèi)獲得的視聽流傳輸速率表示為：

15、

16、其中，是頻譜資源塊的帶寬，為時(shí)隙內(nèi)用戶在頻譜資源塊上的信干噪比，表示用戶在時(shí)隙內(nèi)是否占用頻譜資源塊，表示用戶在時(shí)隙內(nèi)占用頻譜資源塊，表示用戶在時(shí)隙內(nèi)未占用頻譜資源塊；

17、將基站服務(wù)的用戶在微時(shí)隙內(nèi)獲得的觸覺流傳輸速率表示為：

18、

19、其中，為微時(shí)隙內(nèi)用戶在頻譜資源塊上的信干噪比，表示用戶在微時(shí)隙內(nèi)是否占用頻譜資源塊，表示用戶在微時(shí)隙內(nèi)占用頻譜資源塊，表示用戶在微時(shí)隙內(nèi)未占用頻譜資源塊，是信道色散且有，是觸覺流的塊長度，是函數(shù)的逆函數(shù)且有；

20、將用戶在微時(shí)隙內(nèi)的觸覺數(shù)據(jù)包大小表示為，則用戶在微時(shí)隙內(nèi)的觸覺傳輸時(shí)延表示為：

21、

22、將用戶觸覺流的數(shù)據(jù)包到達(dá)率表示為，微時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間表示為，則用戶在時(shí)隙內(nèi)達(dá)到的所有觸覺數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)延表示為：

23、

24、將用戶的觸覺傳輸性能用觸覺敏感系數(shù)表示，用戶在時(shí)隙內(nèi)的觸覺敏感系數(shù)表示為：

25、

26、其中，表示觸覺流傳輸時(shí)延最大值，表示觸覺傳輸時(shí)延最小值。

27、作為優(yōu)選，步驟s2根據(jù)視聽流傳輸速率和觸覺流傳輸時(shí)延，以最大化多用戶多模態(tài)感知效用為目標(biāo)，建立資源調(diào)度的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并求解該模型，得到在頻譜和功率資源約束下能夠最大化多用戶多模態(tài)感知效用的資源數(shù)量；包括：

28、s21、基于多屬性效用理論構(gòu)建用戶多模態(tài)感知效用函數(shù)，以頻譜資源分配策略和功率分配策略作為優(yōu)化對(duì)象，以最大化多用戶的多模態(tài)感知效用作為目標(biāo)函數(shù)，以用戶視聽幀大小、頻譜資源和功率資源限制作為約束對(duì)象，構(gòu)建針對(duì)多模態(tài)流完整性傳輸?shù)馁Y源調(diào)度模型；

29、s22、求解所述資源調(diào)度模型，得到在頻譜和功率資源約束下最大化多用戶多模態(tài)感知效用的資源數(shù)量。

30、作為優(yōu)選，步驟s21中構(gòu)建針對(duì)多模態(tài)流完整性傳輸?shù)馁Y源調(diào)度模型，具體方法為：

31、s211、基于多屬性效用理論構(gòu)建用戶多模態(tài)感知效用函數(shù)，用戶在時(shí)隙內(nèi)獲得的多模態(tài)感知效用計(jì)算表達(dá)式為：

32、

33、其中，為用戶在時(shí)隙內(nèi)視聽流的傳輸速率，為用戶在時(shí)隙內(nèi)視聽流的傳輸時(shí)間，為用戶請(qǐng)求的視聽塊的大小，為視聽塊的最小值，為觸覺流傳輸時(shí)延的最大值，為觸覺流傳輸時(shí)延的最小值，為用戶在時(shí)隙內(nèi)觸覺流的傳輸時(shí)延；

34、s212、建立針對(duì)多模態(tài)流完整性傳輸?shù)馁Y源調(diào)度模型表示優(yōu)化問題：

35、

36、

37、

38、

39、

40、

41、

42、其中，為基站的集合，是基站的數(shù)量；為用戶的集合，是用戶的數(shù)量；為頻譜資源塊的集合，是頻譜資源塊的總數(shù)量；表示基站占用的頻譜資源塊的數(shù)量；為時(shí)隙的集合，是傳輸每段視聽幀預(yù)備的時(shí)隙總數(shù)量；為時(shí)隙內(nèi)包含的微時(shí)隙的集合，是每個(gè)時(shí)隙內(nèi)包含的微時(shí)隙的數(shù)量；為視聽流的頻譜資源調(diào)度策略，表示頻譜資源塊在時(shí)隙內(nèi)分配給用戶，否則；表示觸覺流的頻譜資源調(diào)度策略，表示頻譜資源塊在微時(shí)隙內(nèi)分配給用戶，否則；表示用戶的功率分配策略，每個(gè)基站在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)的總發(fā)射功率不能超過；表示每個(gè)時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間；表示用戶請(qǐng)求的視聽幀大小，每個(gè)視聽幀分為個(gè)視聽塊；

43、步驟s22求解所述資源調(diào)度模型，得到在頻譜和功率資源約束下最大化多用戶多模態(tài)感知效用的資源數(shù)量，具體方法為：

44、首先基于李雅普諾夫理論，將步驟s212的優(yōu)化問題分解為針對(duì)每個(gè)時(shí)隙的多模態(tài)感知效用最大化問題；然后基于一對(duì)多匹配算法對(duì)頻譜資源進(jìn)行分配，基于交替方向乘子法對(duì)功率資源進(jìn)行分配，最后聯(lián)合頻譜資源和功率資源分配算法得到穩(wěn)定的頻譜資源分配策略和功率資源分配策略。

45、作為優(yōu)選，步驟s3根據(jù)用戶需求的資源數(shù)量為多用戶分配功率和頻譜資源；

46、其中，觸覺流的傳輸采用資源穿刺方式，即觸覺流的傳輸占用已經(jīng)分配給視聽流的頻譜資源。

47、作為優(yōu)選，在用戶當(dāng)前的視聽幀已經(jīng)傳輸完畢時(shí)，其所占用的頻譜和功率資源分配給視聽幀未傳輸完的用戶；此時(shí)用戶的觸覺流傳輸占用其他用戶視聽幀傳輸?shù)念l譜。

48、本發(fā)明第二方面，提供一種多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度系統(tǒng)，包括：

49、傳輸任務(wù)獲取模塊，用于針對(duì)多用戶多模態(tài)流傳輸任務(wù)，獲取視聽流傳輸速率和觸覺流的傳輸時(shí)延；

50、傳輸策略優(yōu)化模塊，用于根據(jù)所述視聽流傳輸速率和觸覺流傳輸時(shí)延，以最大化多用戶多模態(tài)感知效用為目標(biāo)，建立資源調(diào)度的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并求解該資源調(diào)度模型，得到在頻譜和功率資源約束下最大化多用戶多模態(tài)感知效用的資源數(shù)量；

51、傳輸任務(wù)分配模塊，用于根據(jù)用戶需求的資源數(shù)量為多用戶分配功率和頻譜資源。

52、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述的多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度方法。

53、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括處理器、通信接口、存儲(chǔ)器和通信總線；

54、其中，處理器，通信接口，存儲(chǔ)器通過通信總線完成相互間的通信；

55、處理器用于調(diào)用存儲(chǔ)器中的邏輯指令，以執(zhí)行上述的多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度方法。

56、有益效果：本發(fā)明提出的面向多用戶多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度方法，綜合考慮了觸覺流傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性需求以及視聽流傳輸?shù)耐暾孕枨?，通過對(duì)頻譜和功率資源的分配提升用戶在虛實(shí)融合服務(wù)中的多模態(tài)感知效用。具體地，本發(fā)明以最大化多用戶的多模態(tài)感知效用作為目標(biāo)函數(shù)，以用戶視聽幀大小、頻譜資源和功率資源限制作為約束條件，構(gòu)建針對(duì)多模態(tài)流完整性傳輸任務(wù)的資源調(diào)度模型?；诶钛牌罩Z夫理論、多對(duì)一匹配理論和admm算法求解該資源調(diào)度優(yōu)化模型，得到資源受限情況下對(duì)多用戶的頻譜和功率資源分配策略。利用所獲得的資源分配策略，可以進(jìn)一步提高資源利用率，并提升多用戶沉浸式服務(wù)體驗(yàn)。