无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，解决了资源虚拟化及分配，以及业务流接纳控制问题。实现包括有：引入了SC‑FDMA上行链路系统作为无线虚拟网系统；建立有限状态马尔科夫信道模型，获取载波资源统计信息；针对不同业务请求，获得等效带宽信息；给定QOS指数序列，得到等效容量信息；依等效带宽信息和等效容量建立最优化资源分配模型；用分支定界法求解，获得最优等效容量资源分配方案。本发明专利技术对资源度量更加精确和紧凑，提高了资源利用率，引入动态定价机制，使虚拟网间资源分配更加均衡和合理，接入率高，时延更小，提供了灵活多变的资源分配方案和接纳控制技术，为虚拟运营商的实现提供了新的技术方案。

Resource allocation method based on equivalent capacity in wireless virtual network

The invention discloses a resource allocation method based on equivalent capacity in wireless virtual network, which solves the problem of resource virtualization and distribution and service flow admission control. Implementation include: the introduction of the SC FDMA uplink system as a wireless virtual network system; establish finite state Markoff channel model, obtain carrier resources statistical information; according to different service request, obtain the equivalent bandwidth information; given QOS index series to get the equivalent volume of information; according to the equivalent bandwidth information and equivalent capacity establish the optimization model of resource allocation; for the branch and bound method is used to obtain the optimal equivalent capacity, resource allocation scheme. The invention of resource measurement more precise and compact, improve the utilization rate of resources, the introduction of dynamic pricing mechanism, the resource allocation of virtual network between the more balanced and reasonable, high access rate, smaller delay, provide admission control technology and resource allocation scheme is flexible, providing a new technical plan for the realization of virtual operators the.

【技术实现步骤摘要】
无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法
本专利技术属于通信
，特别涉及一种无线虚拟资源分配，具体是一种无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，可用于在SC-FDMA上行链路系统中，对多用户多业务需求进行资源分配和接入控制。
技术介绍
伴随着通信技术的不断发展，业务请求的数量与种类都在不断快速扩大和丰富，使得各种应用竞争无线资源的压力大大增强，它们不但资源请求量各不相同，而且会提出不同的服务质量要求，所以有必要对有限的无线资源做出恰当地配置和管理。为了解决这一问题，无线网络虚拟化应运而生，移动网络运营商利用虚拟化技术能够更灵活控制和管理自身资源，并且由于无线信道的特有性质，无线网络的虚拟化会需要解决更多问题。不同的业务请求对于服务质量的不同各不相同，现有的无线虚拟网络主要运用香农(shannon)容量的概念对资源进行量化，利用排队论等理论对于其QOS质量进行衡量；或者通过迭代，每次迭代后与时延约束进行对比判断，进行求解，求解过程缓慢；或者建立非线性大规模模型，建模复杂，计算复杂度太高；均不能满足日益灵活多变的通信需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种对资源量化更加精确，求解复杂度低，接入率更高的无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，其特征在于：(1)引入了SC-FDMA上行链路系统作为无线虚拟网系统模型，对于载波资源进行分配；(2)建立有限状态马尔科夫信道模型，获取载波资源统计信息：在物理层，结合传统无线衰落信道模型(加性高斯白噪声的瑞利平坦衰落信道模型)概率密度函数，根据公式求得信道中信噪比各个状态求得的门限值，对接受信噪比的状态进行划分，得到不同的状态空间，并获取信道中状态转移概率矩阵P(t)，建成有限状态马尔科夫信道模型，即一种新的无线衰落信道模型；根据状态转移概率矩阵和调度时间以及时隙信息，获取载波资源的统计信息。(2a)物理层中，对于抽样接收到的连续信号，根据瑞利衰落信道中信噪比SNR门线划分公式，求得信道中信噪比各个状态的门限值；引入按照升序排列的门限集合Γ＝[Γ1,Γ2,…,ΓM+1]T，将连续信噪比SNR依据门限划分为不同的状态空间，并给定每一状态的信噪比值，将连续的信噪比SNR转化为离散状态，获得一个关于信道状态信息的有限状态连续时间马尔科夫过程，其连续时间马尔科夫过程状态转移概率根据Kolmogorov前向和后向方程获得。(2b)因为SC-FDMA上行链路系统中子载波之间的相干带宽远远大于一个子载波的带宽，子载波被认为是独立平坦的瑞利信道，子载波中的信道状态信息在一个帧时隙近似相等并且保持恒定，将有限状态连续时间马尔科夫过程进一步转化为有限状态离散时间马尔科夫过程，从而进一步，依据时隙间的转移概率矩阵，获得各个时态的信道统计信息，即载波资源统计信息。(3)获取等效带宽信息：对于MAC层，针对不同类型业务提出的带宽请求，根据各自业务时延要求，给定服务质量QOS指数序列，对于带宽请求进行量化，获得带有时延要求的等效带宽信息，单位为bit。(4)获得子载波的等效容量信息：对于物理层，导入各个子载波信道统计信息，给定服务质量QOS指数序列，对各个子载波在不同时延下所能提供的服务速率进行量化，得到各个子载波在不同服务质量QOS指数下带有时延要求的等效容量信息，单位为bit。(5)获得最优资源分配方案：根据等效带宽信息和等效容量信息建立最优化资源分配模型；利用分支定界法对建立的最优化分配模型进行求解，获得无线虚拟网中最优的基于等效容量的资源分配方案。用于无线虚拟网中的通讯。在本专利技术提出的方案中，一方面，构建了马尔科夫信道模型，简化了信道复杂度，另一方面，通过等效带宽和等效容量的获取，对于子载波资源进行了更加精确的量化。仿真结果表明，通过应用本方案中的资源分配算法，业务的接入率和时延性能得到了有效提高。本专利技术相比现有技术，具有以下优点：第一，在资源分配的过程中使用了统计学的方法，建立了有限状态马尔科夫转移模型，在给出初始状态的前提下，估计了调度时隙内信道的统计信息(包括容量的均值和方差)，对于SC-FDMA上行信道，得到了相邻时频资源块(子载波)的统计速率，从而用以解决物理资源映射和虚拟化的随机优化问题。简化了模型，使得求解更加简便，降低了计算复杂度。第二，本专利技术在无线虚拟网资源分配中，采用了等效带宽(EB)和等效容量(EC)，EB是数据源满足特定服务质量QOS要求所需的最小带宽，等效容量EC为给定服务质量QOS要求下，信道可以服务的最大的恒定到达速率，对业务请求的度量更加精确，资源利用更加紧凑，最大程度提高无线资源的利用率，提高业务的接入率。第三：本专利技术在最优资源分配方案的模型中，运用了经济学的原理，对每一条业务的带宽请求进行了定价；带宽请求的价格与其所在虚拟网接入的总带宽和自身带宽两个因素有关，同一虚拟网，接入的带宽越多，其单价越低。通过这种定价方式，保证了虚拟网之间的公平性，使得资源分配更加均衡合理。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是第i个调度时隙的统计信道容量模型图；图3是本专利技术与其他两种方法进行资源分配后效用函数仿真对比图。图4是本专利技术与其他两种方法进行资源分配后接入率的仿真对比图。图5是本专利技术与其他两种方法进行资源分配后平均时延的仿真对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术详细描述:实施例1现有的无线虚拟网络进行资源分配时，主要运用香农(shannon)容量和排队论等理论，或者通过迭代，求解过程缓慢；或者建立非线性大规模模型建模复杂，计算复杂度太高。本专利技术针对此现状，展开了研究，提出了一种无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，参见图1：(1)引入SC-FDMA上行链路系统作为无线虚拟网系统模型，系统包括一个物理基站和多个用户，基站和每个用户都分别装备有一个发射天线和一个接受天线，总的基站物理带宽资源被分割成多个资源块，而每个资源块又由若干个子载波组成，子载波即本专利技术要分配的物理资源，完成了子载波的分配即完成了物理带宽资源的分配。(2)建立有限状态马尔科夫信道模型，获取载波资源统计信息：在物理层，结合传统无线衰落信道模型(加性高斯白噪声的瑞利平坦衰落信道模型)概率密度函数，根据瑞利衰落信道中信噪比SNR门线划分公式，求得信道中信噪比各个状态的门限值，用门限值对接受信噪比的状态进行划分，得到不同的状态空间，并获取信道中状态转移概率矩阵P(t)，建立有限状态马尔科夫信道模型；根据状态转移概率矩阵和调度时间以及时隙信息，获取子载波资源的统计信息，统计信息主要包括子载波资源的数据速率的均值和方差。(2a)物理层中，依据LTE上行链路系统中，不同资源块数量对应的抽样频率，对于子载波进行抽样；针对抽样接收到的信号，根据瑞利衰落信道中信噪比SNR门限划分公式，求得信道中信噪比各个状态的门限值；引入按照升序排列的门限集合Γ＝[Γ1,Γ2,…,ΓM+1]T，将连续信噪比SNR依据门限划分为不同的状态空间，并给定每一状态的信噪比值，将连续的信噪比SNR转化为离散状态，获得一个关于信道状态信息的有限状态连续时间马尔科夫过程，其连续时间马尔科夫过程状态转移概率根据Kolmogorov前向和后向方程获得。(瑞利衰落信道中信噪比SNR门限划分公式详见IEEETRANSACTI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)引入了SC‑FDMA上行链路系统作为无线虚拟网系统模型，对于载波资源进行分配；(2)建立有限状态马尔科夫信道模型，获取载波资源统计信息：在物理层，结合传统无线衰落信道模型概率密度函数，根据瑞利衰落信道中信噪比SNR门线划分公式，求得信道中信噪比各个状态的门限值，对接受信噪比的状态进行划分，得到不同的状态空间，并获取信道中状态转移概率矩阵P(t)，建成有限状态马尔科夫信道模型；根据状态转移概率矩阵和调度时间以及时隙信息，获取载波资源的统计信息；(2a)物理层中，对于抽样接收到的连续信号，引入按照升序排列的门限集合Γ＝[Γ

【技术特征摘要】
1.一种无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)引入了SC-FDMA上行链路系统作为无线虚拟网系统模型，对于载波资源进行分配；(2)建立有限状态马尔科夫信道模型，获取载波资源统计信息：在物理层，结合传统无线衰落信道模型概率密度函数，根据瑞利衰落信道中信噪比SNR门线划分公式，求得信道中信噪比各个状态的门限值，对接受信噪比的状态进行划分，得到不同的状态空间，并获取信道中状态转移概率矩阵P(t)，建成有限状态马尔科夫信道模型；根据状态转移概率矩阵和调度时间以及时隙信息，获取载波资源的统计信息；(2a)物理层中，对于抽样接收到的连续信号，引入按照升序排列的门限集合Γ＝[Γ1,Γ2,…,ΓM+1]T，将连续信噪比依据门限划分为不同的状态空间，并给定每一状态的信噪比值，将连续的信噪比转化为离散状态，获得一个关于信道状态信息的有限状态连续时间马尔科夫过程，其连续时间马尔科夫过程状态转移概率根据Kolmogorov前向和后向方程获得；(2b)因为SC-FDMA上行链路系统中子载波之间的相干带宽远远大于一个子载波的带宽，子载波被认为是独立平坦的瑞利信道，子载波中的信道状态信息在一个帧时隙近似相等并且保持恒定，将有限状态连续时间马尔科夫过程进一步转化为有限状态离散时间马尔科夫过程，依据时隙间的转移概率矩阵，获得各个时态的信道统计信息；(3)获取等效带宽信息：对于MAC层，针对不同类型业务提出的带宽请求，根据各自业务时延要求，给定服务质量指数序列，对于带宽请求进行量化，获得带有时延要求的等效带宽信息，单位为bit；(4)获得子载波的等效容量信息：对于物理层，导入各个子载波信道统计信息，给定服务质量指数序列，对各个子载波在不同时延下所能提供的服务速率进行量化，得到各个子载波在不同服务质量指数下带有时延要求的等效容量信息，单位为bit；(5)获得最优资源分配方案：根据等效带宽信息和等效容量信息建立最优化资源分配模型；利用分支定界法对建立的最优化分配模型求解，获得无线虚拟网中最优的基于等效容量的资源分配方案。2.根据权利要求1所述的无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，其特征在于步骤(2a)中获得一个关于信道状态信息的有限状态连续时间马尔科夫过程，具体是：在典型的传播信道中，接收信号经历瑞利衰落以及加性高斯噪声，对于具有平均信噪比SNRγ0的接收信号，接收的瞬时信噪比SNR以如下的概率密度函数分布：式中γ0为接收信号的平均信噪比，γ为接收信号取样时刻的瞬时信噪比。根据瑞利衰落信道中信噪比SNR门线划分公式，求得信道中信噪比各个状态的门限值；用Γ＝[Γ1,Γ2,…,ΓM+1]T表示接收信号不同状态的以升序排列的门限值(Γ1＝0，ΓM+1＝∞)，第m个门限值Γm(γ0,fm,Tf)由接收信号的平均信噪比γ0，多普勒频移fm和时间间隔Tf决定，接收信噪比SNRΓm和Γm+1之间的区域被定义为状态sm，并且信道被建模为具有M个状态的马尔科夫链；用Ρ(t)＝[Pi,j(t)]M×M表示时刻t上的状态转移概率的矩阵，Pi,j(t)表示该时刻从i到j的状态转换的概率；对于连续时间FSMC通道，根据Kolmogorov前向和后向方程获得状态转移概率矩阵，将FSMC信道描述如下：P'(t)＝P(t)Q,t≥0其中，P'(t)状态转移概率的矩阵对于时间的导数，Q＝(qij)M×M和矩阵元素qij近似为：其中，表示阈值的电平交叉率；表示落于状态M的概率。qm,m+1表示前向运算中的符号，qm,m-1表示矩阵中的后向元素，依据上式可以获得状态转移概率矩阵P(t)。3.根据权利要求1所述的无线虚拟网中基于等效容量的资源分配方法，其特征在于步骤(2b)中资源度量矩阵：在信道模型中，一个调度时隙Ts由L个帧时隙组成，信道状态每隔时间Tf发生一次变化；rl(i)表示第i个调...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小峰，刘博文，韩丛端，赵丹萍，范宁，练籼汛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61