一种云无线接入网络的资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种云无线接入网络的资源分配方法，构建混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型，获取网络当前时隙的状态参数，分别通过混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型计算更新网络状态；混合能量管理计算模型用于根据当前时隙的能量状态计算的能量获取量和能量购买量；数据请求控制计算模型更新数据队列长度，并计算数据请求量和网络效用；功率与信道分配计算模型用于根据当前时隙的数据队列长度、能量状态、信道参数计算功率分配值，并根据功率分配值进行信道分配。具有更加稳定，性能更好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种云无线接入网络的资源分配方法
本专利技术涉及网络资源分配
，尤其涉及一种云无线接入网络的资源分配方法。
技术介绍
随着5G时代的到来，全球的移动数据流量迅猛增长，为了应对这种迫切的需求，工业界提出利用云无线接入网络(CloudRadioAccessNetworks，CRAN)来强化频谱效率和减少能耗。它不同于传统的蜂窝网络，CRAN将基站的功能分为两部分：云端的集中处理单元(Cloud-basedcentralunit，CU)和远端的无线头(RemoteRadioHeads，RRH)，其中CU负责基带的信号处理和控制，RRH则为移动用户提供接入功能，如图1所示。在这种架构下，移动运营商只需要部署低能耗的RRH就能扩大网络覆盖范围，从而提高数据传输效率和服务质量(QualityofService，Qos)。但是大量部署RRH也会导致很大的能耗，为了解决这个问题，提高能量效率(EnergyEfficiency，EE)，结合能量获取(EnergyHarvesting，EH)技术，RRH可以从环境能量源中获取能量，比如太阳能、风能等，补充电量持续运转。然而，EH过程受能量源和周围环境等多种因素影响，RRH从环境中获取的能量在时间维度上具有随机性，从而降低了CRAN提供的QoS，因此还需依托电网(PowerGrid)为RRH供电才能保证网络的稳定性。可是EH的随机性和电价的实时变化对网络的资源分配带来一定的挑战，例如在低电价时，RRH可以购买更多的电能存储起来使用，相应地从外界获取的能量就会减少。当前，有很多技术关注对传统蜂窝网或CRAN的研究。东南大学专利技术一种异构云无线接入网络中基于部分频率复用及基站协作的干扰抑制方法(专利号：CN106376995A)；南京理工大学公开了一种异构云无线接入网络安全感知能的效及功率分配优化方法(CN106211300A)以及异构云无线接入网络中拥塞控制下的安全资源优化方法(CN106060851A)；针对提高能量效率、有效分配通信资源的问题，也已经有大量文献研究，如文献1(J.Li，M.Peng，Y.Yu，andZ.Ding，“Energy-efficientjointcongestioncontrolandresourceoptimizationinheterogeneouscloudradioaccessnetworks，”IEEETrans.Veh.Technol.，vol.65，no.12，pp.9873–9887，2016)所描述，得到了最大化时间平均的能效且维持网络稳定的算法。现有技术中的这些工作只是考虑了电网供电或只针对传统的蜂窝网架构，不能处理网络中的随机性问题，计算复杂度过高，无法适用于混合能量供应的绿色云无线接入网络(HES-CRANs)的资源分配，因此需要提出一种可持续的资源分配策略来管理和分配HES-CRANs的资源。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种更加稳定、性能更好，不但能最大化网络效用，同时还能保证远端无线头数据队列的稳定性，合理的电能控制策略，保证远端无线头持续的数据传输的云无线接入网络的资源分配方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种云无线接入网络的资源分配方法，构建混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型，获取网络的状态参数，分别通过所述混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型计算优化的远端无线头的能量获取量数据获取量功率分配值能量购买量远端无线头编号n*(t)、信道分配并更新网络状态；所述混合能量管理计算模型用于根据当前的能量状态计算优化的能量获取量和能量购买量所述数据请求控制计算模型用于根据时隙t的数据队列长度Qn,m(t)、网络效用U(t)计算优化的数据请求量所述功率与信道分配计算模型用于根据时隙t的数据队列长度Qn,m(t)、能量状态、信道参数计算优化的功率分配值并根据所述功率分配值计算优化的信道分配进一步地，所述混合能量管理计算模型中优化的能量获取量计算如式(1)所示：式(1)中，为优化的第n个远端无线头在时隙t的能量获取量，为第n个远端无线头在时隙t的能量获取量上限，Πn为第n个远端无线头的电池容量，En(t)为第n个远端无线头在当前时隙的可用能量，N为远端无线头的个数；能量购买量计算如式(2)所示：式(2)中，为优化的第n个远端无线头在时隙t从电网购买的电量，En(t)为第n个远端无线头在当前时隙的可用能量，Πn为第n个远端无线头的电池容量，gmax为第n个远端无线头从电网购买电量的上限，为优化的第n个远端无线头在时隙t的能量获取量，β为预设的归一化参数，α(t)为当前t时隙的电价。进一步地，所述数据请求控制计算模型中的优化的数据请求量计算如式(3)所示：式(3)中，为优化的第n个远端无线头在时隙t为用户m请求的数据量，Qn,m(t)为t时隙第n个远端无线头存储的第m个用户的数据队列，dn,m(t)为第n个远端无线头在时隙t为用户m请求的数据量，为时隙t的网络效用。进一步地，所述功率与信道分配计算模型中功率分配值通过式(4)计算：式(4)中，为优化的第n个远端无线头与第m个用户之间第k个信道的功率分配值，Qn,m(t)为t时隙第n个远端无线头存储的第m个用户的数据队列，W为带宽，Πn为第n个远端无线头的电池容量，En(t)为第n个远端无线头在当前时隙的可用能量，为第n个远端无线头与第m个用户之间第k个信道的参数，PT为传输功率的上限；其中，如式(5)所示：式(5)中，为第n个远端无线头与第m个用户之间第k个信道的参数，为第n个远端无线头与第m个用户之间第k个信道的增益，为第n个远端无线头与第m个用户之间距离的三次方，N0为频谱的噪声功率，W为带宽。进一步地，所述根据所述功率分配值进行信道分配的具体步骤包括：通过匈牙利算法，对于任意已分配信道，根据远端无线头的电池容量、在当前的可用能量、功率分配值、数据队列及信道容量所确定的优化的远端无线头来分配信道。进一步地，所述优化的远端无线头编号通过式(6)计算：式(6)中，n*为优化的远端无线头的编号，Πn为第n个远端无线头的电池容量，En(t)为第n个远端无线头在当前时隙的可用能量，为优化的第n个远端无线头与第m个用户之间第k个信道的功率分配值，Qn,m(t)为t时隙第n个远端无线头存储的第m个用户的数据队列，为第n个远端无线头与第m个用户之间第k个信道的信道容量。进一步地，更新网络具体包括：根据所述优化的能量获取量、能量购买量、功率分配值及信道分配更新网络中远端无线头下一时隙的可用能量；根据所述优化的数据队列、信道分配、数据请求量更新网络中远端无线头下一时隙的数据队列。进一步地，更新网络中远端无线头下一时隙的数据队列如式(7)所示：式(7)中，Qn,m(t+1)为t+1时隙第n个远端无线头存储的第m个用户的数据队列，Qn,m(t)为t时隙第n个远端无线头存储的第m个用户的数据队列，为第n个远端无线头与第m个用户的第k个信道的信道容量，为优化的信道分配矩阵，为优化的第n个远端无线头在时隙t为用户m请求的数据量。进一步地，更新网络中远端无线头下一时隙的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种云无线接入网络的资源分配方法，其特征在于：构建混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型，获取网络的状态参数，分别通过所述混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型计算优化的远端无线头的能量获取量

【技术特征摘要】
1.一种云无线接入网络的资源分配方法，其特征在于：构建混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型，获取网络的状态参数，分别通过所述混合能量管理计算模型、数据请求控制计算模型和功率与信道分配计算模型计算优化的远端无线头的能量获取量数据获取量功率分配值能量购买量远端无线头编号n*(t)、信道分配并更新网络状态；所述混合能量管理计算模型用于根据当前的能量状态计算优化的能量获取量和能量购买量所述数据请求控制计算模型用于根据时隙t的数据队列长度Qn,m(t)、网络效用U(t)计算优化的数据请求量所述功率与信道分配计算模型用于根据时隙t的数据队列长度Qn,m(t)、能量状态、信道参数计算优化的功率分配值并根据所述功率分配值计算优化的信道分配2.根据权利要求1所述的云无线接入网络的资源分配方法，其特征在于：所述混合能量管理计算模型中优化的能量获取量计算如式(1)所示：式(1)中，为优化的第n个远端无线头在时隙t的能量获取量，为第n个远端无线头在时隙t的能量获取量上限，Πn为第n个远端无线头的电池容量，En(t)为第n个远端无线头在当前时隙的可用能量，N为远端无线头的个数；能量购买量计算如式(2)所示：式(2)中，为优化的第n个远端无线头在时隙t从电网购买的电量，En(t)为第n个远端无线头在当前时隙的可用能量，Πn为第n个远端无线头的电池容量，gmax为第n个远端无线头从电网购买电量的上限，为优化的第n个远端无线头在时隙t的能量获取量，β为预设的归一化参数，α(t)为当前t时隙的电价。3.根据权利要求2所述的云无线接入网络的资源分配方法，其特征在于：所述数据请求控制计算模型中的优化的数据请求量计算如式(3)所示：式(3)中，为优化的第n个远端无线头在时隙t为用户m请求的数据量，Qn,m(t)为t时隙第n个远端无线头存储的第m个用户的数据队列，dn,m(t)为第n个远端无线头在时隙t为用户m请求的数据量，为时隙t的网络效用。4.根据权利要求3述的云无线接入网络的资源分配方法，其特征在于：所述功率与信道分配计算模型中功率分配值通过式(4)计算：式(4)中，为优化的第n个远端无线头与第m个用户之间第k个信道的功率分配值，Qn,m(t)为t时隙第n个远端无线头存储的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德宇，陈志刚，任炬，段思婧，张尧学，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43