蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法，属于移动通信技术领域。该方法根据蜂窝异构网的特性，联合优化网络能效实现最优的小区选择方案、信道分配方案、功率分配方案和基站开关模式，包括以下步骤：S1：基于负载均衡确定用户和小区基站最优选择方案；S2：建模信道选择函数与网络联合能效；S3：确定信道分配方案；S4：结合信道分配方案，联合优化网络能效确定最优的功率分配方案和基站开关模式。本方法在网络资源有限的前提下实现了网络的负载均衡并合理的分配信道和功率给用户，在保证用户的最低服务需求和中断概率的条件下有选择性的关闭一些基站，从而优化整个网络的能量利用效率，提升用户满意度和网络的整体性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动通信
，涉及一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法。
技术介绍
异构网络融合作为未来无线通信网络发展的必然趋势，是用户业务、市场需求和技术演进的必然结果。它不仅能够充分利用异构网络之间的互补优势，向用户提供丰富的业务应用和最佳的业务体验，而且将给运营商的网络部署和运营带来广阔的市场前景和巨大的市场潜力。然而未来无线通信系统的发展趋势并不是建设一个全新具备各种完善功能的网络，而是考虑在多种异构无线网络间相互协调和集成的需求。异构融合网络的本质目标是对异构无线网络进行资源整合，最终实现网络性能的提升。随着业务类型的不断丰富和应用需求的快速增长，特别是高带宽需求的业务涌现，人们对无线网络中资源的需求越来越大，日益增长的资源需求和有限的网络资源供给之间的矛盾已成为制约无线通信发展的主要因素之一。由此，实现无线网络资源的合理、高效利用是异构网络融合亟待解决的技术挑战之一。在复杂多变的异构融合网络环境中，由于网络中基站设备消耗能量巨大，除了网络资源的高效利用以及用户业务QoS(QualityofService)保证以外，如何在满足用户业务数据传输的前提下有效降低异构网络中的能量消耗、提高网络能效，这也是当前异构无线网络在服务用户所面临的关键挑战之一。综上所述，在有限的网络资源供给上合理的分配资源实现网络能效的最大化是无线资源管理(RRM,RadioResourceManagement)的主要目标，本专利技术提出了一种基于基站最大传输功率和传输速率比例公平限制，能够有效的提高网络能效、保障用户服务需求的资源分配方案。这对增加网络的整体性能将具有十分重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法，该方法在分配的过程中考虑了基站最大传输功率和传输速率比例公平限制条件，联合优化网络能效确定最优信道分配、功率分配方案和基站开关模式，该方法在提升网络能效的同时合理的分配信道和功率给每个用户。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法，该方法根据蜂窝异构网的特性，联合优化网络能效实现最优的小区选择方案、信道分配方案、功率分配方案和基站开关模式，该方法包括以下步骤：S1：基于负载均衡确定用户和小区基站最优选择方案；S2：建模信道选择函数与网络联合能效；S3：确定信道分配方案；S4：结合信道分配方案，联合优化网络能效确定最优的功率分配方案和基站开关模式。进一步，在步骤S1中，建模蜂窝异构网络有K个用户，N个信道和M个不同类型的基站，并初始化基站为全开模式；建模接入因子用来表示用户k成功接入基站m的概率，其中Lm表示基站m当前所服务的用户数，Lm_max表示基站m的最大服务用户数，Lm_sim表示基站m在一个传输时间间隔(TransmissionTimeInterval,TTI)中能同时服务的最多用户数；建模综合效用函数其中表示用户k接入基站m的能量效率，Pm是基站m的最大传输功率，是用户k接入基站m可获得的信干噪比；用户在保证自己的最低服务需求下根据依次选择服务小区；在完成用户与基站的匹配问题后建模信道增益hk,n,m＝gk,n,mLk,m(1≤k≤K，1≤n≤N，1≤m≤M)表示用户k属于基站m并占用信道n的信道频率响应，其中gk,n,m表示无线信道的小尺度衰落并服从瑞利分布，Lk,m表示大尺度衰落，主要取决于用户与基站间的距离。进一步，在步骤S2中，建模信道选择模型：假设同一基站下的用户选择不同的信道进行传输，而不同基站下的用户是可以选择同一信道进行传输的，所以属于同一基站下的用户间不存在干扰，且属于基站m的用户k在信道n上传输时会受到来自除基站m外其它所有基站下占用信道n的用户干扰，即其中κ表示所有用户的集合，εm表示属于基站m的所有用户的集合，B表示所有基站的集合，k'表示集合κ中除接入基站m下的其他所有用户，m'表示集合B中除基站m外的所有基站；建模信道选择函数σ2为传输信道噪声功率。进一步，在步骤S2中，建模网络能效为网络中用户速率总和与其总功率消耗之比，即其中R是所有用户的速率总和，即传输功率Pc是恒定电路损耗；信道选择指数xk,n,m＝1表示用户k属于基站m并占用信道n进行传输，反之，xk,n,m＝0。所以网络能效，即目标函数表示为进一步，在步骤S3中，以基站为单位分配信道，对于属于基站m上的用户k根据计算出它若占用每个信道的信道选择函数值的集合再根据用户依次选择信道；若属于基站m的所有用户都完成了一次信道选择后还有剩余信道未被选择，此时让服务需求高的用户优先选择剩余信道直至所有的信道都被分完为止。进一步，在步骤S4中，完成信道分配后，联合优化网络能效来确定功率分配方案，由于一个用户可以占用多个信道，所以最优功率分配方案是以信道为单位完成的，即确定用户在所分配的每一个信道下可分得的最优功率。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所述方法不仅可以有效的保障蜂窝异构网中不同类型基站下的负载均衡，而且联合最大化网络能效实现了最优的信道分配方案、功率分配方案和基站开关模式，进而提升整个网络的传输性能。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为蜂窝异构网络场景示意图；图2为信道分配示意图；图3为本专利技术所述方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。本专利技术所述的异构蜂窝网络的小区选择机制在保证了用户的传输要求下，通过构造接入因子来控制用户成功接入基站的概率从而实现负载均衡以，同时提高整体网络的能量效率。基于已确定的用户联合小区选择方案，受限于基站的最大传输功率和传输速率比例公平的条件，联合优化网络能效实现合理的信道分配和功率分配方案，并通过依次关闭能效最低的基站，观察此模式下的网络能效的变化情况确定最优的基站开关模型。图1为一个典型的异构网络示意图，异构网中的每个服务小区公用信道N，一个用户最多只能接入一个基站，当某个基站被关闭后，在更新后的开关模式下用户重新选择服务小区并更新资源分配方案。图2是信道分配示意图，用户{UEi,...,UEk本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法，该方法根据蜂窝异构网的特性，联合优化网络能效实现最优的小区选择方案、信道分配方案、功率分配方案和基站开关模式，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：基于负载均衡确定用户和小区基站最优选择方案；S2：建模信道选择函数与网络联合能效；S3：确定信道分配方案；S4：结合信道分配方案，联合优化网络能效确定最优的功率分配方案和基站开关模式。

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法，该方法根据蜂窝异构网的特性，联合优化网络能效实现最优的小区选择方案、信道分配方案、功率分配方案和基站开关模式，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：基于负载均衡确定用户和小区基站最优选择方案；S2：建模信道选择函数与网络联合能效；S3：确定信道分配方案；S4：结合信道分配方案，联合优化网络能效确定最优的功率分配方案和基站开关模式。2.根据权利要求1所述的一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法，其特征在于：在步骤S1中，建模蜂窝异构网络有K个用户，N个信道和M个不同类型的基站，并初始化基站为全开模式；建模接入因子用来表示用户k成功接入基站m的概率，其中Lm表示基站m当前所服务的用户数，Lm_max表示基站m的最大服务用户数，Lm_sim表示基站m在一个传输时间间隔(TransmissionTimeInterval,TTI)中能同时服务的最多用户数；建模综合效用函数其中表示用户k接入基站m的能量效率，Pm是基站m的最大传输功率，是用户k接入基站m可获得的信干噪比；用户在保证自己的最低服务需求下根据依次选择服务小区；在完成用户与基站的匹配问题后建模信道增益hk,n,m＝gk,n,mLk,m(1≤k≤K，1≤n≤N，1≤m≤M)表示用户k属于基站m并占用信道n的信道频率响应，其中gk,n,m表示无线信道的小尺度衰落并服从瑞利分布，Lk,m表示大尺度衰落，主要取决于用户与基站间的距离。3.根据权利要求2所述的一种蜂窝异构网络能效优化的资源分配方法，其特征在于：在步骤S2中，建模信道选择模型：假设同一基站下的用户选择不同的信道进...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓舸，张志芳，代伟朋，黄琼，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50