基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法。云服务器收集各用户的信息；云服务器收集各基站与其功率区的相关信息；初步构造系统模型：令aubz为分配用户到基站中的功率区的优势，计算出对应的功率区为z基站为b时用户的信号与干扰加噪声比SINR；继续构造系统模型：将系统转化为调度图，并构造调度图；将解决调度方法问题转化为图的最优边分配问题，利用蚁群算法进行解决。本发明专利技术运用图论的方法解决问题，引入了每个顶点代表用户、PZs和BSs之间的联系的调度图，运用蚁群算法解决图中的调度问题；逻辑简单明了，使用实际操作性强的算法，高效全局的解决了分配问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机网络
，具体是一种云计算网络中云无线接入网络(CRAN)的下行链路的安全协调调度问题。
技术介绍
对高数据速率服务在网络体系结构上的突破的需求不断增加。全频谱复用和在低功率的无线接入节点的调度成为了一个积极的趋势，云无线接入网络(CRAN)成为大规模干预下一代无线系统(5g)必不可少的管理技巧。它能通过其分配资源的能力，以协调的方式跨基站，云使网络可以潜在的通过基站间协调减少基站间干扰。同时，为了提高云网络分配安全决策的准确性,提出了一种安全分配算法。本专利技术研究了云无线接入网中的协调调度问题，本例中基站被连接到一个中央处理器(云)，这是负责调度用户基站资源块。考虑到云无线接入网络的下行，包括连接到一个中央处理器的多个基站(BS)，下行只负责调度策略和所有基站发送框架的同步。每个基站的框架结构都是由几个资源块组成，它们保持固定的发射功率，称为功率区(PZ)。在整个网络中，用户都处于跨功率区复用的约束下，所有用户都不能一对多的连接到多个基站，基站之间的信号电平的协调是必要的。然而，每个用户都可以连接到一个基站的框架的几个功率区。此外，在实践中每个功率区可以被看作是基站的一个PZs，服务于一个对象并且只能是一个对象。协调调度问题，作为一种减轻基站间干扰的手段，根据固定的传输功率，目的是找到用户基站和它们的功率区在受上述实际约束条件下的最佳调度。现今，云无线接入网络飞速发展，现有的云计算网络中下行链路的协调调度所使用的调度方法，也有许多版本，但其中大多数过于落后，选用了陈旧或过于理论的算法，以至于网络不能最大限度的提供服务。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，通过最大限度地提高一个通用网络的网络宽度，来实现云无线接入网络的限制，从而解决了任何数量的用户和功率区的协调调度问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，包括以下步骤：步骤1，云服务器收集各用户的信息：用户数量，背景噪声功率，默认传输频率，带宽；步骤2，云服务器收集各基站与其功率区的相关信息：基站单元布局，基站数量，资源块数量，单元间距，信道模式，最高功率；步骤3，初步构造系统模型：令aubz为分配用户到基站中的功率区的优势，计算出对应的功率区为z基站为b时用户的信号与干扰加噪声比(SINR)；步骤4，继续构造系统模型：将系统转化为调度图，并构造调度图；步骤4.1，令A为所有可能关联的用户、基站、功率区集；定义φu为一个用户的U集合的映射函数，定义φb和φz，分别为A中BSs B和PZs Z集合的映射函数；步骤4.2，构造调度图：如果约束成立，生成一个顶点V集的所有可能的关联S∈A，两个不同的在V中的顶点v1和v2连接的边缘为E；步骤4.3，定义函数g作为A到Z的每个个人计划的优势；步骤5，将解决调度方法问题转化为图的最优边分配问题，利用蚁群算法进行解决。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：现有技术共享所有数据流的所有基站之间需要大容量的链接，和大量的回程通信；本专利技术逻辑简单明了，使用实际操作性强的算法，高效全局的解决分配问题。附图说明图1为本专利技术云无线接入网络下行链路的安全协调调度流程图。图2为本专利技术构造调度图。图3为本专利技术使用的蚁群算法流程图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。结合图1，本专利技术基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，包括以下步骤：步骤1，云服务器收集各用户的信息：用户数量，背景噪声功率，默认传输频率，带宽；步骤2，云服务器收集各基站与其功率区的相关信息：基站单元布局，基站 数量，资源块数量，单元间距，信道模式，最高功率；步骤3，初步构造系统模型：令aubz为分配用户到基站中的功率区的优势，计算出对应的功率区为z基站为b时用户的信号与干扰加噪声比(SINR)；约束：C1：每个用户最多可以连接一个基站，但在一个基站中可能很多PZs。C2：每个PZ应该分配给一个用户。令aubz为分配用户U到bth基站中的PZz的优势。令Xubz为一个二元变量，如果用户映射到bth基站的zth PZ，Xubz为一，否则为零。此外，令Yub是一个二元变量，如果用户映射到bth BS，Yub为一，否则为零。可用PZS总数Ztot＝B×Z.云连接不同的基站，保证不同帧的传输是在所有基站同步的。当用户u被分配到PZz时，令为从bth基站到用户u的频率。当对应的功率区为z基站为b时，用户的信号与干扰加噪声比(SINR)可以写为：步骤4，继续构造系统模型：将系统转化为调度图，并构造调度图。步骤4.1，令A为所有可能关联的用户、基站、功率区集。定义φu为一个用户的U集合的映射函数，定义φb和φz，分别为A中BSs B和PZs Z集合的映射函数。A的一个功率集，P(A)，代表用户，基站，和功率区以及所有计划之间所有可能的关联。F：满足约束设定，可以在数学上定义如下：步骤4.2，构造调度图：如果约束成立生成一个顶点V集的所有可能的关联S∈A.两个不同的在V中顶点v1和v2连接的边缘为E；构造调度图，必须基于如下的约束：C1:如果φu(v1)＝φu(v2)而且φb(v1)＝φb(v2)：这个约束声明了同一个用户不能连接多个基站。C2:(φb(v1),φz(v1))≠(φb(v2),φz(v2)):在这种约束状态下，两个不同的用户无法连接到相同的PZ。步骤4.3，定义函数g作为A到Z的每个个人计划的优势。即g(si)＝aubz(u,b,z)是相应的协会元组，(u,b,z)＝(φu(si),φb(si),φz(si)).原优化问题可以改写为：公式可以改写为加入安全算法将公式改写为如下：代表最高的信噪比，[·]+＝max{·,0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，云服务器收集各用户的信息；步骤2，云服务器收集各基站与其功率区的相关信息；步骤3，初步构造系统模型：令aubz为分配用户到基站中的功率区的优势，计算出对应的功率区为z的基站为b时用户的信号与干扰加噪声比SINR；步骤4，继续构造系统模型：将系统转化为调度图，并构造调度图；步骤5，将解决调度方法问题转化为图的最优边分配问题，利用蚁群算法进行解决。

【技术特征摘要】
1.一种基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，云服务器收集各用户的信息；步骤2，云服务器收集各基站与其功率区的相关信息；步骤3，初步构造系统模型：令aubz为分配用户到基站中的功率区的优势，计算出对应的功率区为z的基站为b时用户的信号与干扰加噪声比SINR；步骤4，继续构造系统模型：将系统转化为调度图，并构造调度图；步骤5，将解决调度方法问题转化为图的最优边分配问题，利用蚁群算法进行解决。2.根据权利要求1所述的基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，其特征在于：步骤1所述的云服务器收集各用户的信息，指的是在同一个云无线网络下，关于b个基站的u个用户的信息，信息包括：用户数量，背景噪声功率，默认传输频率，带宽。3.根据权利要求1所述的基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，其特征在于：所述步骤2中，每个基站的框架由保持在固定发射频率的功率区构成，云连接不同的基站，保证不同框架的传输是在所有基站同步的；云服务器收集的信息包括：基站单元布局，基站数量，资源块数量，单元间距，信道模式，最高功率。4.根据权利要求1所述的基于云无线接入网络下行链路的安全协调调度方法，其特征在于：步骤3所述初步构造系统模型，在约束下分析分配用户到基站中的功率区的优势方法，令aubz为分配用户U到bth基站中的PZz的优势；令Xubz为一个二元变量，如果用户映射到bth基站的zth PZ，Xubz为一，否则为零；此外，令Yub是一个二元变量，如果用户映射到bth BS，Yub为一，否则为零，如公式(1) Max Σ u , b , z aubzXubz s . t . Yub = min ...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐金辉，徐雷，李泽超，戚莘钰，周迅钊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32