一种基于能量采集的线性搜索式双连接数据分流方法技术

一种基于能量采集的线性搜索式双连接数据分流方法，包括以下步骤：(1)在BS的覆盖范围下总共有I个移动用户，同时部署了单个小蜂窝辅助网络接入点AP通过“双连接”为MUs提供数据分流服务，提出了一种满足MU的QoS同时，通过最小化MU的能量功率以实现最优系统频谱资源配置的方法。其中，优化问题描述为一个多变量非凸性优化问题；(2)将问题TMPP垂直分解为两层优化问题；(3)根据底层问题，提出了单调性优化的功率控制方法，在AP的最大传输功率给定的情况下优化MU的传输功率；(4)针对底层问题，提出线性搜索的方法，进一步优化AP的传输功率；(5)通过底层问题与顶层问题的交互迭代，最终解决问题TMPP。

A linear search double connection data shunting method based on energy harvesting

A linear search double connection data diversion method based on energy acquisition includes the following steps: (1) a total of I mobile users under the coverage of BS, and a single small cellular auxiliary network access point AP is deployed to provide a data diversion service for MUs through a \double connection\, and a QoS to satisfy MU is proposed, which is passed. A method of minimizing the energy power of MU to achieve optimal system spectrum resource allocation is presented. Among them, the optimization problem is described as a multivariable non convexity optimization problem; (2) the problem TMPP is vertically decomposed into two layer optimization problems; (3) a power control method for monotonicity optimization is proposed based on the underlying problem, which optimizes the transmission power of the MU under the condition that the maximum transmission power of the AP is given; (4) a linear problem is proposed for the underlying problem. The search method further optimizes the transmission power of AP; (5) solve the problem TMPP through interaction iteration between the underlying problem and the top level problem.

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量采集的线性搜索式双连接数据分流方法
本专利技术涉及无线网络中，一种基于能量采集的线性搜索式双连接数据分流方法。
技术介绍
在过去的十年，智能移动终端的爆炸式增长，以及移动网络服务的受欢迎程度不断提高，蜂窝网中产生了巨大的通信量。在无线电接入网的多层结构上，大量的异构小基站密集覆盖在宏基站的单元内，宏基站将移动通信量分流给小基站，这种方式就是数据分流。数据分流已经作为一种有效并且有经济效益的方法，在宏基站蜂窝网中缓解通信量的拥塞起了很大的作用。但是，这种单一的方式效率和灵活度有较大的欠缺。为了可以更好地分流数据和更灵活地管理资源，第三代合作伙伴项目提出“双连接”技术，能够使用户(MobileUsers，MUs)通过使用两个不同的无线电接口和宏基站(macroBaseStation，BS)交流，并且同时将分流的数据传给小基站(small-cellAccessPoint，AP)。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种无线网络中基于能量采集的线性搜索式双连接分流优化方法。本专利技术为基于能量收集的双连接无线网络数据分流的优化设计。首先考虑的是蜂窝网络，而AP指的是蜂窝网络的接入点，与此同时，还考虑的是双连接。所以本专利技术研究的是双连接下的能量收集在AP无线蜂窝网络数据分流的优化设计。本专利技术针对双连接技术的难点，研究了基于能量采集双连接的用户资源调度问题，将问题分解为数据调度和能量分配的优化问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线网络中基于能量采集的线性搜索式双连接分流优化方法，包括以下几个主要步骤：(1)在BS的覆盖范围下总共有I个移动用户(MobileUsers,MUs)，同时部署了多个小蜂窝辅助网络接入点(AP)通过“双连接”为MUs提供数据分流服务。在该情况下，AP使用能量采集技术来发送数据。考虑到能量采集的技术特性，引入两个索引集，对于MU端引入对于AP端引入在无线小蜂窝网络中，通过基站BS和小基站辅助接入点AP的发送功率控制，在BS端和AP端消除用户MU所有共用信道而产生的干扰，在保证MU数据需求的情况下最小化系统总功率消耗的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题TMPP问题，TMPP指的是全局最优化用户功率消耗问题：min∑i∈Ipsi+pBiVariables:(rsi,psi),and(xBi(s),pBi(s))在TMPP问题中，psi表示在APs侧MU所消耗的能量，rsi表示APs侧用户所能够达到的最大数据需求流量。同理，pBi(s)和xBi(s)分别表示的是在宏基站BS端MU所消耗的能量和BS端MU所能达到的最大数据需求流量。Pout是关于psi和rsi的函数，可表示为Pout(psi,rsi)。另外根据香农定理，可以得到数据需求表达式如下：xBi(s)＝WBlog2(1+pBi(s)gBi/nBi)(1-4)下面具体将问题中的各个变量及关系表达式做一个说明，如下：WB:BS到MU的信道带宽/HZ；WS:AP到MU的信道带宽/Hz；gBi:BS到MU的信道功率增益；gSi:AP到MU的信道功率增益；nBi:BS到MU的信道背景噪声功率/W；nSi:AP到MU的信道背景噪声功率/W；BS提供给MU最大的能量/W；AP提供给MU最大的能量/W；MU所需要满足的数据流量需求Hz；xBi:BS提供给MU的数据流量需求Hz；xsi:AP提供给MU的数据流量需求Hz；Pout：AP在提供MU流量需求时溢出概率；Qs：AP能量采集的概率密度函数；Ns：AP最多接入的MU个数；Mupp：能量采集上限值；Mlow：能量采集下限值；在能量采集的网络中，从AP的角度出发考虑，能量采集受限于时间、地域等因素，能量不充分。具体表现在AP端的数据需求必须考虑概率，因此数据需求流量表示如下：在(1-5)式中，Qs(Mupp,Mlow)表示概率密度函数，Mupp和Mlow分别为均匀分布的上下限。Ns的物理意义是该AP可以接入的最多MU个数，将其设置为一个给定的值。接下去，将具体描述Pout表达式来简化TMPP问题。(2)溢出概率函数Pout表达式如下：将Qs(Mupp,Mlow)带入到(2-1)中，得到最终关于溢出函数的表达式，分析整理该表达式在不同的条件下，得到三种情况如下：i)如果那么就有此时AP溢出概率为；ii)如果那么此时AP溢出概率为0，一定可以实现数据分流；iii)如果那么此时AP溢出概率为1，一定不能满足数据分流。在得到溢出概率的表达式之后，按照以上三种情况来分别进行讨论。对于第三种情况来说，此时完全溢出。只有BS参与数据分流，可以得到AP不参与数据分流，也即能量消耗为0，也就是说此时MU的数据需求全部由BS来提供,这种情况是不符合设计目的，予以排除。(3)Pout∈[0,1)，设想在BS和AP两端考虑(1-1)的限制条件，定义一个变量ρsi，如下：该变量的物理意义是AP能够实现的数据分流占MU总需求的百分比，同理ρsi∈[0,1]。将(2-2)代入回TMPP问题中，在BS端可以得到数据需求如下:根据(1-5)中，得到AP端能量消耗如下：将(1-4)、(2-3)、(2-4)三式联立可以将TMPP问题等价为TMPP-E问题，“E”表示的是等价地，如下注意：公式(2-5)中的rsi(ρsi)是rsi关于ρsi的函数，具体参考(2-2)。(4)底层TMPP-AP问题和TMPP-BS问题。底层TMPP-AP问题表示如下：s.t:constraint(2-4)constraint(1-3)Variables:ρsiandrsiTMPP-AP问题有两个变量ρsi和rsi，通过枚举分流比例得到AP端的功率psi。对限制条件(2-4)关于rsi求导，AP端能量一阶导数FG(rsi)可以得到：这里FG(rsi)中AP端能量是关于AP端数据需求rsi的单调递增函数。在本节中，讨论的是第(2)步中第i种情况，满足最小psi处于此时由(2-2)可以得到溢出概率Pout＝0。那么(2-6)就可以转换为如下：接下去，讨论TMPP-BS问题，由于只有一个变量数据需求百分比ρsi，且是关于该变量的单调递减函数，所以很容易就可以解决，将其表示如下：(5)顶层TMPP-TOP问题。表示如下：s.t.0≤ρsi≤1综上第(4)部分中所讲述的两个子问题，得到顶层TMPP-TOP问题。所以将TMPP-AP的最优解表示为如下：(6)求解TMPP-AP和TMPP-BS算法GSol-Algorithm，该算法主要通过：利用二分法求解AP端能量一阶导数FG(rsi)的零点来求解得到相应的最优AP端能量消耗和最优AP端数据分流需求步骤6.1：输入初始数据分流百分比ρsi；步骤6.2：设定各参数初值：允许误差γ＝10-6、标记flag＝1和数据需求下限值数据需求上限值步骤6.3：判断AP端能量一阶导数的正负；步骤6.4：如果有当前最优数据分流需求步骤6.5：否则，判断标记flag＝1是否成立；步骤6.6：如果标记flag＝1成立，用对分法求得当前最优数据分流需求ropt，temp，转至执行步骤6.8；步骤6.7：否则转至执行步骤6.9；步骤6.8：将当前最优数据分流需求ropt，temp代入当前AP端能量消耗判断当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量采集的线性搜索式双连接数据分流方法，包括以下步骤：(1)在BS的覆盖范围下总共有I个移动用户(Mobile Users,MUs)，同时部署了多个小蜂窝辅助网络接入点(AP)通过“双连接”为MUs提供数据分流服务；在该情况下，AP使用能量采集技术来发送数据；考虑到能量采集的技术特性，引入两个索引集，对于MU端引入

【技术特征摘要】
1.一种基于能量采集的线性搜索式双连接数据分流方法，包括以下步骤：(1)在BS的覆盖范围下总共有I个移动用户(MobileUsers,MUs)，同时部署了多个小蜂窝辅助网络接入点(AP)通过“双连接”为MUs提供数据分流服务；在该情况下，AP使用能量采集技术来发送数据；考虑到能量采集的技术特性，引入两个索引集，对于MU端引入对于AP端引入在无线网络中，通过基站BS和小基站辅助接入点AP的发送功率控制，在BS端和AP端消除用户MU所有共用信道而产生的干扰，在保证MU数据需求的情况下最小化系统总功率消耗的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题TMPP问题，TMPP指的是全局最优化用户功率消耗问题：min∑i∈Ipsi+pBiVariables:(rsi,psi),and(xBi(s),pBi(s))在TMPP问题中，psi表示在APs侧MU所消耗的能量，rsi表示APs侧用户所能够达到的最大数据需求流量；同理，pBi(s)和xBi(s)分别表示的是在宏基站BS端MU所消耗的能量和BS端MU所能达到的最大数据需求流量；Pout是关于psi和rsi的函数，可表示为Pout(psi,rsi)；另外根据香农定理，可以得到数据需求表达式如下：xBi(s)＝WBlog2(1+pBi(s)gBi/nBi)(1-4)下面具体将问题中的各个变量及关系表达式做一个说明，如下：WB:BS到MU的信道带宽/HZ；WS:AP到MU的信道带宽/Hz；gBi:BS到MU的信道功率增益；gSi:AP到MU的信道功率增益；nBi:BS到MU的信道背景噪声功率/W；nSi:AP到MU的信道背景噪声功率/W；BS提供给MU最大的能量/W；AP提供给MU最大的能量/W；MU所需要满足的数据流量需求Hz；xBi:BS提供给MU的数据流量需求Hz；xsi:AP提供给MU的数据流量需求Hz；Pout:AP在提供MU流量需求时溢出概率；Qs:AP能量采集的概率密度函数；Ns:AP最多接入的MU个数；Mupp:能量采集上限值；Mlow:能量采集下限值；在能量采集的网络中，从AP的角度出发考虑，能量采集受限于时间、地域等因素，能量不充分；具体表现在AP端的数据需求必须考虑概率，因此数据需求流量表示如下：在(1-5)式中，Qs(Mupp,Mlow)表示概率密度函数，Mupp和Mlow分别为均匀分布的上下限；Ns的物理意义是该AP可以接入的最多MU个数，将其设置为一个给定的值；接下去，将具体描述Pout表达式来简化TMPP问题；(2)溢出概率函数Pout表达式如下：将Qs(Mupp,Mlow)带入到(2-1)中，得到最终关于溢出函数的表达式，分析整理该表达式在不同的条件下，得到三种情况如下：i)如果那么就有此时AP溢出概率为；ii)如果那么此时AP溢出概率为0，一定可以实现数据分流；iii)如果那么此时AP溢出概率为1，一定不能满足数据分流；在得到溢出概率的表达式之后，按照以上三种情况来分别进行讨论；对于第三种情况来说，此时完全溢出；只有BS参与数据分流，可以得到AP不参与数据分流，也即能量消耗为0，也就是说此时MU的数据需求全部由BS来提供，这种情况是不符合设计目的，予以排除；(3)Pout∈[0,1)，设想在BS和AP两端考虑(1-1)的限制条件，定义一个变量ρsi，如下：该变量的物理意义是AP能够实现的数据分流占MU总需求的百分比，同理ρsi∈[0,1]；将(2-2)代入回TM...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴远，杨晓维，毛浩伟，柴浩涵，钱丽萍，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33