一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入和功率联合调度方法技术

一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入功率联合调度方法，包括以下步骤：(1)为了让更多的用户接入AP，并且让用户的发射功率尽可能小，给出了一个效益函数来衡量当前网络的好坏；(2)由于效益函数只和用户的接入情况有关，因此只需寻找最优的用户接入从而来确定最优的系统效益；(3)用户的接入选择将会随着用户数量的增加而变得很困难，采用基于模拟退火算法的用户分组交换法，通过不断地更换用户的接入，接受使目标函数变好的解，同时以一定概率接受差的解，并且不断减小这个接受差解得概率，最后使算法收敛得到近优解。本发明专利技术在提高系统的效率同时还能够快速并且有效地找到最优的用户接入同时确定用户的功率分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蜂窝网络领域，尤其是一种基于分组交换的用户接入功率联合调度方法。
技术介绍
近年来，随着移动设备的不断发展，所需的移动数据流量也不断增长。因此，运营商们必须寻求更好的方法来满足用户需求。把用户的流量卸载到基站上将会是一种比较有前景的方法。这种数据的分流带来的好处主要有两方面。首先，从用户的角度来看，被这些小基站服务所花费的费用相比打基站来说要小得多。同时，由于这些小基站离用户比较近，所以用户进行通信时所消耗的功率也比较小。另一方面，从运营商的角度来看，将部分用户的流量卸载到小基站上能够有效地减轻流量的拥塞；同时也避免了部署更多的昂贵的大型基站。
技术实现思路
为了克服现有技术中由于接入同一个AP的用户间存在相互干扰，导致用户间的发射功率是耦合在一起的，因此要求出最优的用户接入和功率分配是比较困难的不足，本发明提供一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入功率联合调度方法，基于模拟退火算法用户接入方法来寻找较优的用户接入，每个AP都将分摊管理用户的任务，在提高系统的效率同时还能够快速并且有效地找到最优的用户接入同时确定用户的功率分配。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入和功率联合调度方法，其特征在于：所述联合调度方法包括如下步骤：(1)在实际的通信网络中，假设存在着I个移动用户，由他们组成的集合为其中i表示用户i；有K个AP，他们组成了集合其中k表示APk；同时存在着一个基站，用于设备自身硬件的限制，用户只能通过选择接入某一个AP或者基站来进行通信，从而获得他们所预期的吞吐量当用户i接入APk时，在给定发射功率pik的情况下，用户i获得的吞吐量为当用户i接入基站时，在给定发射功率piB的情况下，获得的吞吐量为RiB=αiBWBlog2(1+piBgiBnB),]]>其中:aik表示用户i有无接入APk的指标，aik＝1表示用户i被选择接入,反之aik＝0表示用户i不被选来接入APk；aiB表示用户i有无接入基站的指标，aiB＝1表示用户i被选择接入基站；反之aiB＝0表示用户i不被选择接入基站；Wk表示APk信道上的带宽；WB：表示基站信道上的带宽；nk：表示APk信道上的背景噪声功率；nB：表示基站信道上的背景噪声功率gik：表示用户i到APk的信道增益；giB：表示用户i到基站的信道增益；pik：表示用户i到APk的发射功率；piB：表示用户i到基站的发射功率；(2)在实际的网络场景中，对每个用户统一定义一个效益表达式：其中，πB表示用户接入基站时，基站对他的收的费用；πk表示当用户接入APk时，APk对它收取的费用，针对用户的效益函数，对这个通信网络进行最大化系统效益为所有接入APk的用户所产生的总收益，其中，为每个APk所接入的所有用户集合，为不接任何AP的所有用户所产生的总收益，从效益函数可知，它只与有关，一旦给定，效益函数值也能够求得；(3)对于(2)中所述的效益函数，用户i接入APk所发射的功率pik由表示，且当用户吞吐量给定时，由用户吞吐量的表达式推导出：满足因此得到用户接入的限制条件C1和C2:C1：C2：根据所述限制条件C1和C2，同时结合(2)中所给的目标函数，选择用户接入方式来最大化整个系统的效益，步骤如下：步骤2.1：初始化定义用户集合变量表示不接任何AP的用户，定义表示在接入APk的用户上产生的总收益，表示在接入基站的用户上产生的收益，表示当前的总收益，CBV为当前最优收益，CBS为当前最优解步骤2.2：基站初始化温度值t，外循环结束的条件T和内循环的迭代次数L，并初始化变量内循环计数变量n＝1，外循环计数变量acct＝0；步骤2.3：基站随机挑选两个AP，并用APk和APk′表示；步骤2.4：APk从已接入自己的用户集合挑选出一个用户i，APk′从已接入自己的用户集合中挑选出一个用户j；步骤2.5：APk和APk′交换他们选出的用户i和用户j，并且APk更新对应的和APk'对应的步骤2.6：检验和是否都符合限制条件C1,C2，若不符合，则设置接受标志变量accept＝0，并且跳到步骤2.13，否则继续执行步骤2.7；步骤2.7：APk计算用户交换后的收益差当k＝0时，步骤2.8：APk'计算用户交换后的收益差步骤2.9：求出总的收益差Δ＝Δk+Δk′；步骤2.11：若Δ>0,设置接受标志变量accept＝1，并跳到步骤2.13；否则生成一个服从0～1均匀分布的随机数β，并且继续执行步骤2.12；步骤2.12：比较和β的大小，若设置接受标志变量accept＝1；否则，设置接受标志变量accept＝0；步骤2.13：如果接受标志变量accept＝1，执行步骤2.14；如果接受标志变量accept＝0，跳到步骤2.17继续执行；步骤2.14：APk更新APk′更新若k＝0时，则基站更新步骤2.15：基站更新CV＝CV+Δ，并重置外循环计数变量acct＝0；步骤2.16：基站判断条件CV>CBV是否成立，若成立则基站更新跳到步骤2.19；步骤2.17：APk将用户集合恢复到未交换前的状态：APk′将用户集合恢复到未交换前的状态：步骤2.18：基站更新外循环计数变量acct＝acct+1；步骤2.19：基站更新内循环计数变量n＝n+1；步骤2.20：若内循环计数变量n<L，则跳到步骤2.3；步骤2.21：重置内循环计数变量n＝1；步骤2.22：更新温度参数t＝t*β；步骤2.23：若外循环计数变量acct>T，整个算法结束，并且输出最优解CBS，否则跳到步骤2.3继续执行。本专利技术的构思技术为：将用户流量卸载到AP是一种能够减轻基站压力同时提高系统效益和效率的方法，因为每个AP都将分摊管理用户的任务。但是由于接入同一个AP的用户间存在相互干扰，在给定用户需求的情况下每个用户之间的功率都是耦合在一起的。因此要求得满足系统效益最大化的用户接入和用户功率分配是比较困难的。针对耦合的用户功率，由于在给定的用户接入时，用户的功率是可以求得的。因此我们设计了一种基于模拟退火算法的用户接入选择法：首先将基站的所承担的管理用户的任务摊分给多个AP，由AP来管理介入他们的用户。然后由基站收集所有AP的信息，从而选取较好的用户接入方式作为当前用户的接入选择。本专利技术的有益效果为：每个AP都将分摊管理用户的任务，在提高系统的效率同时还能够快速并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入和功率联合调度方法，其特征在于：所述联合调度方法包括如下步骤：(1)在实际的通信网络中，假设存在着I个移动用户，由他们组成的集合为其中i表示用户i；有K个AP，他们组成了集合其中k表示AP k；同时存在着一个基站，用于设备自身硬件的限制，用户只能通过选择接入某一个AP或者基站来进行通信，从而获得他们所预期的吞吐量当用户i接入APk时，在给定发射功率pik的情况下，用户i获得的吞吐量为当用户i接入基站时，在给定发射功率piB的情况下，获得的吞吐量为其中：aik：表示用户i有无接入AP k的指标，aik＝1表示用户i被选择接入，反之aik＝0表示用户i不被选来接入AP k；aiB：表示用户i有无接入基站的指标，aiB＝1表示用户i被选择接入基站；反之aiB＝0表示用户i不被选择接入基站；Wk：表示AP k信道上的带宽；WB：表示基站信道上的带宽；nk：表示AP k信道上的背景噪声功率；nB：表示基站信道上的背景噪声功率gik：表示用户i到AP k的信道增益；giB：表示用户i到基站的信道增益；pik：表示用户i到AP k的发射功率；piB：表示用户i到基站的发射功率；(2)在实际的网络场景中，对每个用户统一定义一个效益表达式：其中，πB表示用户接入基站时，基站对他的收的费用；πk表示当用户接入AP k时，AP k对它收取的费用，针对用户的效益函数，对这个通信网络进行最大化系统效益为所有接入AP k的用户所产生的总收益，其中，为每个AP k所接入的所有用户集合，为不接任何AP的所有用户所产生的总收益，从效益函数可知，它只与有关，一旦给定，效益函数值也能够求得；(3)对于(2)中所述的效益函数，用户i接入AP k所发射的功率pik由表示，且当用户吞吐量给定时，由用户吞吐量的表达式推导出：满足因此得到用户接入的限制条件C1和C2：C1：C2：根据所述限制条件C1和C2，同时结合(2)中所给的目标函数，选择用户接入方式来最大化整个系统的效益，步骤如下：步骤2.1：初始化定义用户集合变量表示不接任何AP的用户，定义表示在接入AP k的用户上产生的总收益，表示在接入基站的用户上产生的收益，表示当前的总收益，CBV为当前最优收益，CBS为当前最优解步骤2.2：基站初始化温度值t，外循环结束的条件T和内循环的迭代次数L，并初始化变量内循环计数变量n＝1，外循环计数变量acct＝0；步骤2.3：基站随机挑选两个AP，并用APk和AP k′表示；步骤2.4：AP k从已接入自己的用户集合挑选出一个用户i，APk′从已接入自己的用户集合中挑选出一个用户j；步骤2.5：AP k和APk′交换他们选出的用户i和用户j，并且APk更新对应的和AP k′对应的步骤2.6：检验和是否都符合限制条件C1，C2，若不符合，则设置接受标志变量accept＝0，并且跳到步骤2.13，否则继续执行步骤2.7；步骤2.7：AP k计算用户交换后的收益差当k＝0时，步骤2.8：APk′计算用户交换后的收益差步骤2.9：求出总的收益差Δ＝Δk+Ak′；步骤2.11：若Δ＞0，设置接受标志变量accept＝1，并跳到步骤2.13；否则生成一个服从0～1均匀分布的随机数β，并且继续执行步骤2.12；步骤2.12：比较和β的大小，若设置接受标志变量accept＝1；否则，设置接受标志变量accept＝0；步骤2.13：如果接受标志变量accept＝1，执行步骤2.14；如果接受标志变量accept＝0，跳到步骤2.17继续执行；步骤2.14：AP k更新APk′更新若k＝0时，则基站更新步骤2.15：基站更新CV＝CV+Δ，并重置外循环计数变量acct＝0；步骤2.16：基站判断条件CV＞CBV是否成立，若成立则基站更新跳到步骤2.19；步骤2.17：AP k将用户集合恢复到未交换前的状态：AP k′将用户集合恢复到未交换前的状态：步骤2.18：基站更新外循环计数变量acct＝acct+1；步骤2.19：基站更新内循环计数变量n＝n+1；步骤2.20：若内循环计数变量n＜L，则跳到步骤2.3；步骤2.21：重置内循环计数变量n＝1；步骤2.22：更新温度参数t＝t*β；步骤2.23：若外循环计数变量acct＞T，整个算法结束，并且输出最优解CBS，否则跳到步骤2.3继续执行。...

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入和功率联合调度方法，其特征在
于：所述联合调度方法包括如下步骤：
(1)在实际的通信网络中，假设存在着I个移动用户，由他们组成的集合为其
中i表示用户i；有K个AP，他们组成了集合其中k表示APk；同时存在
着一个基站，用于设备自身硬件的限制，用户只能通过选择接入某一个AP或者基站来进行
通信，从而获得他们所预期的吞吐量当用户i接入APk时，在给定发射功率pik的情况
下，用户i获得的吞吐量为当用户i接入基站
时，在给定发射功率piB的情况下，获得的吞吐量为其中：
aik：表示用户i有无接入APk的指标，aik＝1表示用户i被选择接入，反之aik＝0表示用
户i不被选来接入APk；
aiB：表示用户i有无接入基站的指标，aiB＝1表示用户i被选择接入基站；反之aiB＝0表
示用户i不被选择接入基站；
Wk：表示APk信道上的带宽；
WB：表示基站信道上的带宽；
nk：表示APk信道上的背景噪声功率；
nB：表示基站信道上的背景噪声功率
gik：表示用户i到APk的信道增益；
giB：表示用户i到基站的信道增益；
pik：表示用户i到APk的发射功率；
piB：表示用户i到基站的发射功率；
(2)在实际的网络场景中，对每个用户统一定义一个效益表达式：其中，πB表示用户接入基站时，基站对他的收的费用；πk表示当用户接入APk时，APk对它收取的费用，针对
用户的效益函数，对这个通信网络进行最大化系统效益为所有接入APk的用户所产生的总收益，其中，为每个APk所接入的所有用户集
合，为不接任何AP的所有用户所产生的总收益，从效益函数可知，它只
与有关，一旦给定，效益函数值也能够求得；
(3)对于(2)中所述的效益函数，用户i接入APk所发射的功率pik由表示，
且当用户吞吐量给定时，由用户吞吐量的表达式推导出：
满足因此得到用户接入的限制条件C1和C2：
C1：C2：根据所述限制条件C1和C2，同时结合(2)中所给的目标函数，选择用户接入方式来最大
化整个系统的效益，步骤如下：
步骤2.1：初始化定义用户集合变量表示不接任何AP
的用户，定义表示在接入APk的用户上产生的总...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴远，周鹏豪，郭款阳，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