一种软件定义移动网络中的资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种软件定义移动网络中的资源分配方法，包括以下步骤：1、各个MBS对MUE进行资源分配，并将子信道分配的结果上传给SDMNs控制面；2、各个FUE估计信道增益，并上传给SDMNs控制面；3、各个FBS获得本Femtocell小区内FUE的信道增益，并上传给SDMNs控制面；4、以最大化接入FUE数和最小化占用子信道数为目标函数，建立凸优化问题；5、求解步骤4建立的凸优化问题，得到全局最优解，即最优联合用户接入和信道分配方案，以及分配在各个子信道上的功率。该方法在保证接入用户的QoS前提下，对所需接入网络中的FUE进行接入控制，从而最大化网络中的FUE接入数和最小化信道占用数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动网络中的无线资源管理领域，具体涉及到一种软件定义移动网络中的资源分配方法。
技术介绍
为了满足蜂窝网络的空中接口和网络层将面临巨大变化，软件定义网络(Software Defined Networking，SDN)将成为未来一项重要的技术，其核心理念是将网络功能和业务处理抽象化，并且通过外置控制器来控制这些抽象化的对象。SDN将网络业务的控制和转发进行分离，分为控制平面和转发平面，并且控制平面和转发平面之间提供一个标准接口。在移动网络中，通过借鉴SDN的设计理念，可以有效地解决当前的蜂窝和其它无线接入网络存在的困难问题，如管理异质复杂的网络，并进一步催化移动生态系统的根本变化。由于移动网络的无线接入与因特网中的路由存在明显差异，SDMNs(Software Defined Mobile Networks,软件定义移动网络)不会是SDN概念为互联网的简单延伸。在SDMNs中，软件定义的功能应满足移动网络的特殊需求。此外，基站致密化被认为是解决5G流量需求最具前景的方案之一，如何解决密集多层网络带来的接入控制和资源分配等问题，是亟待解决的。尽管蜂窝网络中的针对接入控制的资源分配已经被广泛研究。但目前主要集中在分布式接入控制机制研究。相比较传统网络缺乏具备强大计算和存储能力的SDMNs控制面，SDMNs可以实现集中式的资源分配方案以及跨层优化。针对SDMNs环境，该资源分配方法在满足用户QoS需求下，以最大化接入用户数和最小化子信道占用数为目标，建立混合整型规划问题。由于所建立优化问题目标函数的组合特性，以及约束条件的离散非凸性质，原优化问题是非凸问题，当用户数目或者子信道数目较大时，往往难以找到其最优解。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术公开了一种软件定义移动网络中的资源分配方法，该方法在保证接入用户的QoS前提下，对所需接入网络中的FUE进行接入控制，从而最大化网络中的FUE接入数和最小化信道占用数。技术方案：本专利技术公开了一种软件定义移动网络中的资源分配方法，包括以下步骤：(1)各个MBS(Macrocell Base Station，宏小区基站)对MUE(User Equipment in Macrocell，宏小区用户)进行资源分配，并将子信道分配的结果上传给SDMNs控制面；(2)各个FUE(User Equipment in Femtocell，毫微微小区用户)估计信道增益，并上传给SDMNs控制面；(3)各个FBS(Femtocell Base Stations，毫微微小区基站)获得本Femtocell(毫微微小区)内FUE的信道增益，并上传给SDMNs控制面；(4)以最大化接入FUE数和最小化占用子信道数为目标函数，引入分时因子和数据速率比，建立凸优化问题；(5)求解步骤(4)建立的凸优化问题，得到全局最优解，即最优联合用户接入和信道分配方案，以及分配在各个子信道上的功率。具体地，步骤(4)建立的凸优化问题为：，对所有Femtocell从1开始编号，组成集合其元素个数为NS；对所有MUE从1开始编号，组成集合MUE的个数为M；第f个FUE所需的传输速率为Rf；对第s个Femtocell中FUE从1开始编号，组成集合其中Fs为集合中元素的数目，系统中可用子信道从1开始编号，组成集合其元素个数为N；Δf为子信道带宽，第s个Femtocell中第f个FUE在信道n上的信噪比为为第s个FBS与第m个MUE所建立的链路在子信道n上的信道增益；加权因子ε∈[0,1]，为第m个MUE在信道n上的干扰容限，为分时因子，表示子信道n分配给第s个Femtocell中第f个FUE的时间比例，为第s个Femtocell中第f个FUE在信道n上分配的功率，表示子信道n分配给该Macrocell(宏小区)中第m个MUE的时间比例，φs,f表示第s个Femtocell中第f个FUE获得数据传输速率比，Ψ为三维数组，其包含的元素为Φ为二维数组，其包含的元素为φs,f，P为三维数组，其包含的元素为具体地，上述第s个Femtocell中第f个FUE在信道n上的信噪比为计算方法为：其中No为噪声功率；为第s个FBS与第f个FUE所建立的链路在子信道n上的信道增益；为MBS与第f个FUE所建立的链路在子信道n上的信道增益；为Macrocell中第m个MUE在信道n上分配的功率。步骤(5)中求解步骤(4)建立的凸优化问题包括如下步骤：(51)定义所述凸优化问题的拉格朗日函数为：其中，和为拉格朗日乘子矩阵；(52)的最小化问题分解为如下三个子问题：(521)(522)(523)通过对这三个优化子问题求解过程的迭代和Λ和η的更新，从而更新φs,f、和当达到最大迭代次数Tmax时，则获得最优的联合接入控制Φ和资源分配的结果(P,Ψ)。具体地，三个优化子问题521、522、523采用路径跟踪法求解。Λ和η采用次梯度和进行更新，如下式：其中λs,f(t)和分别表示第t次迭代时Λ和η中元素的值，a(t)满足a(t)≥0，limt→∞a(t)＝0，有益效果：与现有技术相比，本专利技术公开的软件定义移动网络中的资源分配方法可以快速有效的获得其全局最优解，实现对用户接入的控制，以及子信道和功率的合理分配。附图说明图1是SDMNs网络架构图；图2是本专利技术的资源分配流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。如图1所示，SDMNs主要包含控制面、移动核心网、无线接入网，SDMNs的控制面管理整个网络，并获得网络中的用户设备的状态、链路状态、网络拓扑等信息。MUE和FUE位于SDMNs接入网层中，Macrocell和Femtocell组成双层网络架构，MBS或FBS管理与其直接相连的MUE或FUE，并执行用户信息采集、上传、数据转发等操作。SDMNs控制面拥有强大的计算和存储能力，可以由服务器集群组成，对移动网中的接入网和核心网进行管理。根据实际情况，SDMNs控制面可以分别部署在网络侧和接入侧，SDMNs控制面的设计实现可以参照现有计算机网络中NOX，Floodlight，Ryu，OpenDaylight等控制器。SDMNs控制面根据MBS或FBS上传的小区信息，对用户接入进行控制，并对无线空口资源进行分配。当网络中的用户位置或个数发生变化时，SDMNs控制面可以根据更新后的网络状态进行重配置。Femtocell网络采用开放接入机制，临近Femtocell网络的MUE可能遭受到来自FBS的跨层干扰，降低其QoS。因此，需要在保证MUE的QoS前提下，对FUE接入进行控制，从而最大化接入FUE数和最小化信道占用数目。如图2所示，该过程的具体步骤：(1)在满足MUE的QoS条件下，MBS首先对所属的MUE进行资源分配，并将子信道分配的结果上传给SDMNs控制面，同时MUE对信道增益进行估计，并上传给SDMNs控制面；(2)FUE估计信道增益并上传给SDMNs控制面；(3)每个FBS获得Macrocell中各个FUE的信道增益并上传给SDMNs控制面；(4)SDMNs控制面根据所掌握的全局网络信息，以最大化接入FUE数和最小化占用子信道数为目标函数，在保证接入用户传输速率的QoS条件下，引入分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软件定义移动网络中的资源分配方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)各个MBS对MUE进行资源分配，并将子信道分配的结果上传给SDMNs控制面；(2)各个FUE估计信道增益，并上传给SDMNs控制面；(3)各个FBS获得本Femtocell小区内FUE的信道增益，并上传给SDMNs控制面；(4)以最大化接入FUE数和最小化占用子信道数为目标函数，引入分时因子和数据速率比，建立凸优化问题；(5)求解步骤(4)建立的凸优化问题，得到全局最优解，即最优联合用户接入和信道分配方案，以及分配在各个子信道上的功率。

【技术特征摘要】
1.一种软件定义移动网络中的资源分配方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)各个MBS对MUE进行资源分配，并将子信道分配的结果上传给SDMNs控制面；(2)各个FUE估计信道增益，并上传给SDMNs控制面；(3)各个FBS获得本Femtocell小区内FUE的信道增益，并上传给SDMNs控制面；(4)以最大化接入FUE数和最小化占用子信道数为目标函数，引入分时因子和数据速率比，建立凸优化问题；(5)求解步骤(4)建立的凸优化问题，得到全局最优解，即最优联合用户接入和信道分配方案，以及分配在各个子信道上的功率。2.根据权利要求1所述的软件定义移动网络中的资源分配方法，其特征在于步骤(4)建立的凸优化问题为：其中，对所有Femtocell从1开始编号，组成集合其元素个数为NS；对所有MUE从1开始编号，组成集合MUE的个数为M；第f个FUE所需的传输速率为Rf；对第s个Femtocell中FUE从1开始编号，组成集合其中Fs为集合中元素的数目，系统中可用子信道从1开始编号，组成集合其元素个数为N；Δf为子信道带宽，第s个Femtocell中第f个FUE在信道n上的信噪比为为第s个FBS与第m个MUE所建立的链路在子信道n上的信道增益；加权因子ε∈[0,1]，为第m个MUE在信道n上的干扰容限，为分时因子，表示子信道n分配给第s个Femtocell中第f个FUE的时间比例，为第s个Femtocell中第f个FUE在信道n上分配的功率，表示子信道n分配给该Macrocell中第m...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏玮玮，章跃跃，燕锋，朱亚萍，沈连丰，宋铁成，胡静，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32