用户QoS的固定速率约束下的多基站系统比例公平调度方法技术方案

本发明专利技术属于无线通信技术领域，公开了一种保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法包括：随机产生随机种群并对种群中的个体进行二进制编码；计算用户的权值；按照轮盘赌的方式选择种群中适应度大的个体概率；选择出来的个体进行交叉、变异操作；依据迭代终止条件，选择出多基站服务各个用户的概率。本发明专利技术在资源充足与不足两种情况下分别实现了不同的优化目标：当可分配资源充足时，用户的服务缺失率均为零，由服务缺失率得到的用户权值均为1，保证了在用户服务质量要求的前提下达到系统吞吐量最大；当可分配资源不足时，用户的服务缺失率存在非零值，由服务缺失率得到的用户权值存在大于1的数值，保证用户得到公平的服务。

Proportional fairness scheduling method for multi base station system under fixed rate restriction of user QoS

The invention belongs to the technical field of wireless communication and discloses a multi station system to ensure that the user QoS fixed rate in constraint based on proportional fair scheduling method includes: randomly generated random population and binary encoding of individuals in a population; to calculate the user's weight; according to the roulette selection probability of individual adaptation population; selected individuals to crossover and mutation operation; on the basis of iterative termination conditions, choose the probability of each user service station. The present invention in sufficient resources and less than two cases respectively to achieve different optimization goals: when the allocation of resources is sufficient, the user service loss rate is zero, the loss rate of the user service weights obtained were 1, to ensure the quality of service requirements in the premise of the user to achieve maximum system throughput when available; the allocation of resources is insufficient, lack of user service rate is nonzero, the loss rate of weight obtained by service users are more than 1 of the value, to ensure that users get a fair service.

【技术实现步骤摘要】
用户QoS的固定速率约束下的多基站系统比例公平调度方法
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法。
技术介绍
802.11ac作为新一代无线局域网的标准，提出了多用户多输入多输出(Multi-UsersMultiple-InputMultiple-Output，MU-MIMO)技术，它是在常规多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)技术的基础上，添加了多用户同时通信机制，有效地改善了网络资源的利用率。现在关于MU-MIMO主要集中在单基站对多用户的资源分配的研究，并且没有考虑用户的QoS需求，仅仅追求无线资源的高效利用会造成用户之间的不公平。另外由于基站连接每个用户的速率是有一定限制的，现有的研究算法没有在基于固定速率约束的情况下，考虑用户的速率需求，因此没有使系统的吞吐量最大化和用户之间的公平性得到良好的折中。针对以上问题，现有的分配方法有：1)利用凸优化方法得到的单基站系统中的关于MU-MIMO流分配的比例公平算法；2)利用交叉熵算法的比例公平调度；3)多基站系统中的资源平均分配调度。随着科技的进步，移动通信的发展越来越全面，用户对于QoS的需求也逐步增加。因此在资源分配中，考虑用户的QoS需求至关重要。如何在固定速率约束的情况下，考虑用户的QoS需求，并且合理地分配资源使系统的吞吐量最大化与用户之间的公平性得到良好的折中是本专利技术需要解决的问题。综上所述，现有技术存在的问题是：只研究了单基站系统中的保证用户QoS的资源分配问题，或者是多基站系统中的资源平均分配问题，而没有考虑用户实际需求的速率，针对上述不足，本文提出一种保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平分配算法。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法。本专利技术是这样实现的，一种保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法，所述保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法包括以下步骤：步骤一，随机产生随机种群并对种群中的个体进行二进制编码；步骤二，计算用户的权值；具体包括：(a)对群体中的个体进行二进制编码，对产生的群体进行化正，将编码后的二进制码串转化为十进制概率，并将其基站服务各个用户的概率进行归一化处理，利用公式Pai*V求出其对角线上的元素为用户m在第t-1次迭代中实际分得的速率Sm,t-1；(b)根据t-1次迭代后用户分得的速率，计算在第t次迭代中用户的服务缺失率cm,t；当时，当时，cm,t＝0；(c)根据得到的用户的服务缺失率，计算用户权值ωm,t；当时，当时，ωm,t＝1；其中表示在第t次迭代时，所有用户服务缺失率的平均值，α、β均为正整数；步骤三，按照轮盘赌的方式选择种群中适应度大的个体概率；步骤四，选择出来的个体进行交叉、变异操作；步骤五，依据迭代终止条件，从而选择出适应度最大的个体，即多基站服务各个用户的概率。进一步，所述步骤二中当可分配资源不足时，不能满足所有用户服务质量要求，服务缺失率存在非零值，由于服务程度的不同而造成服务缺失率不同，通过每个用户的服务缺失率与平均服务缺失率的比较，得到相应的用户权值，当用户的服务缺失率高于平均服务缺失率时，相应的用户权值越大，在资源调度时便会向该用户分配更多的资源；当用户的服务缺失率低于平均服务缺失率时，相应的用户权值越小，在资源调度时便会向该用户分配较少的资源，从而达到用户间的比例公平；在可用无线资源充足时，由于可以满足用户的服务质量要求，所以服务缺失率均为0，权值均为1，此时用户权值表征的用户间比例公平成为次要目标，资源调度的主要目标变为最大化系统的吞吐量，实现系统吞吐量最大。进一步，所述保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法的具体实现步骤如下：步骤一，设置初始化参数，设迭代次数为T，基站数N，用户数为M，群体大小为Popsize，每个个体的编码长度为Chromlength，随机产生Popsize×Chromlength的基站服务用户的概率矩阵，迭代次数t＝1；依据用户的实际业务需求设定用户的服务质量其中表示第m个用户的服务质量要求；步骤二，计算用户权值；步骤三，计算每个个体的适应度值；步骤四，按照轮盘赌的方式选择个体，计算出每个个体的适应度的值，然后求出每个个体的适应度的值与所有个体的适应度的值的比值，求出适应度的累计概率，每次随机产生一个0到1之间的概率，如果产生的概率小于累计概率，则这个个体保留下来，否则，该个体被淘汰；步骤五，个体进行交叉操作，随机产生一个交叉点和一个概率，如果该概率小于交叉概率，则群体中的第i个个体与第Popsize-i个个体进行交叉，否则第i个个体与第Popsize-i个个体原样保留下来，交叉后对群体中的个体概率进行归一化处理；步骤六，个体进行变异操作，随机产生一个变异位置点和一个概率，如果该概率小于变异概率，该个体的对应位置进行变异，即0变为1或1变为0；步骤七，根据终止条件判断是否结束迭代过程：若t＝T，则终止迭代过程，则输出所有迭代中适应度最大的个体；否则，更新t＝t+1，转至步骤三继续进行下次迭代，直至满足终止条件为止。进一步，所述计算每个个体的适应度值：其中为示性函数，当时，值为1，否则为0；rn,m,t表示在第t次迭代中基站n分配给第m个用户的速率，用-H(X)表示个体的适应度函数。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法的多用户多输入多输出系统。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法的无线局域网。本专利技术的优点及积极效果为：1)在资源不足时，用户之间的公平性是主要优化目标，即使多个基站分配给用户的速率和与用户各自需求的速率的比值基本相等；2)在资源充足时，多基站系统的吞吐量最大化是主要优化目标，即在满足用户需求的速率的前提下，使多基站系统的吞吐量尽可能地最大化。1、本专利技术由于在多基站的资源调度中兼顾了用户服务质量和比例公平两个因素，使得在保证用户服务质量要求的前提下达到用户间比例公平和系统吞吐量最大化的良好折中；本专利技术由于在多基站系统中考虑了用户的QoS需求，因此在资源充足与不足两种情况下分别实现了不同的优化目标：当可分配资源充足时，用户的服务缺失率均为零，由服务缺失率得到的用户权值均为1，从而使得实现系统吞吐量最大化的重要性大于用户间比例公平的重要性，保证了在用户服务质量要求的前提下达到系统吞吐量最大；当可分配资源不足时，用户的服务缺失率存在非零值，由服务缺失率得到的用户权值存在大于1的数值，从而使得实现用户间比例公平的重要性大于系统吞吐量最大化的重要性，保证用户得到公平的服务；附图说明图1是本专利技术实施例提供的保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法具体实现流程图。图3是本专利技术实施例提供的本专利技术与传统方法在可用速率资源不足情本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法，其特征在于，所述多基站系统基于固定速率约束和保证用户QoS的前提下实现用户之间的比例公平调度方法包括以下步骤：步骤一，随机产生初始种群并对种群中的个体进行二进制编码；步骤二，计算用户的权值；具体包括：(a)首先对编码后的种群进行化正，然后将编码后的二进制码串转化为十进制概率，并将其基站服务各个用户的概率进行归一化处理，利用公式Pai*V求出其对角线上的元素即为用户m在第t‑1次迭代中实际分得的速率Sm,t‑1；(b)根据t‑1次迭代后用户分得的速率，计算在第t次迭代中用户的服务缺失率cm,t；当

【技术特征摘要】
1.一种保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法，其特征在于，所述多基站系统基于固定速率约束和保证用户QoS的前提下实现用户之间的比例公平调度方法包括以下步骤：步骤一，随机产生初始种群并对种群中的个体进行二进制编码；步骤二，计算用户的权值；具体包括：(a)首先对编码后的种群进行化正，然后将编码后的二进制码串转化为十进制概率，并将其基站服务各个用户的概率进行归一化处理，利用公式Pai*V求出其对角线上的元素即为用户m在第t-1次迭代中实际分得的速率Sm,t-1；(b)根据t-1次迭代后用户分得的速率，计算在第t次迭代中用户的服务缺失率cm,t；当时，当时，cm,t＝0；(c)根据得到的用户的服务缺失率，计算用户权值ωm,t；当时，当时，ωm,t＝1；其中表示在第t次迭代时，所有用户服务缺失率的平均值，α、β均为正整数；步骤三，按照轮盘赌的方式选择种群中适应度大的个体概率；步骤四，选择出来的个体进行交叉、变异操作；步骤五，依据迭代终止条件，从而选择出适应度最大的个体，即多基站服务各个用户的概率。2.如权利要求1所述的保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法，其特征在于，所述步骤二中当可分配资源不足时，不能满足所有用户服务质量要求，服务缺失率存在非零值，由于服务程度的不同而造成服务缺失率不同，通过每个用户的服务缺失率与平均服务缺失率的比较，得到相应的用户权值，当用户的服务缺失率高于平均服务缺失率时，相应的用户权值越大，在资源调度时便会向该用户分配更多的资源；当用户的服务缺失率低于平均服务缺失率时，相应的用户权值越小，在资源调度时便会向该用户分配较少的资源，从而达到用户间的比例公平；在可用无线资源充足时，由于可以满足用户的服务质量要求，所以服务缺失率均为0，权值为1，此时用户权值表征的用户间比例公平成为次要目标，资源调度的主要目标变为最大化系统的吞吐量，实现系统吞吐量最大。3.如权利要求1所述的保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法，其特征在于，所述保证用户QoS的基于固定速率约束的多基站系统中的比例公平调度方法的具体实现步骤如下：步骤一，设置初始化参数，设迭代次数为T，基站数N，用户数为M，群体大小为P...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭漪，黄秋月，刘刚，
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