一种基于软件定义的异构网络及网络资源分配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种基于软件定义的异构网络及网络资源分配方法，用以解决即将到来的第5代移动通信系统中频谱和能量资源分配问题。所述方法在软件定义的VLC和RF的小小区异构网络环境下，对各参数的初始化后，计算VLC系统和RF系统的系统容量和系统功率，并设置目标函数，根据功率增益最高的原则进行子信道分配；再在VLC系统中定义指标函数，给出优化问题并得出增广拉格朗日函数；再对功率矩阵公式进行更新，从而得出功率分配数据。本发明专利技术通过考虑回程约束，QoS要求和小区间干扰限制，采用丁克尔巴赫式算法将原始分数形式的目标函数转换成减法函数，然后用ADMM方法来解决优化问题进而最大限度地提高异构网络的能量效率。

A heterogeneous network and network resource allocation method based on software definition

A software-defined heterogeneous network and network resource allocation method are proposed to solve the spectrum and energy resource allocation problems in the upcoming 5th generation mobile communication system. The method calculates the system capacity and system power of VLC system and RF system after initialization of each parameter in a software-defined VLC and RF cell heterogeneous network environment, and sets the objective function for subchannel allocation according to the principle of maximum power gain; then defines the index function in VLC system and gives the optimization question. The augmented Lagrange function is obtained and the power matrix formula is updated to obtain the power distribution data. By considering the backhaul constraint, QoS requirement and interval interference limitation, the original fractional objective function is converted into a subtraction function by using the Dinkerbach algorithm, and then the optimization problem is solved by using the ADMM method to maximize the energy efficiency of heterogeneous networks.

【技术实现步骤摘要】
一种基于软件定义的异构网络及网络资源分配方法
本专利技术属于移动通信领域，具体涉及一种基于软件定义的异构网络及网络资源分配方法。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，移动通信数据业务量也随之日益激增并且带来了许多挑战，5G系统预计会依靠虚拟化的软件定义网络功能来应对大规模的吞吐量要求，但是频谱资源和能量资源的利用效率都受到了严重限制。为了更好地处理这种使用情况，学术界和工业界相继提出了将可见光通信作为无线射频网络的补充应用到室内通信环境中，进而在这种结合可见光通信以及无线射频小小区通信的异构环境中寻找一种节能方法来提高能量效率。但是，现有技术中，对异构网络的网络资源管理效率低下，运行不灵活。
技术实现思路
本专利技术实施例针对现有技术中对异构网络频谱资源和能量资源的利用效率不高的问题，提出了一种基于软件定义的异构网络及网络资源分配方法，以最优化场景中的功率分配为目标，采用丁克尔巴赫式算法将原始分数形式的目标函数转换成减法函数，然后用ADMM方法来解决优化问题进而得到一种异构环境中的资源分配机制。根据本专利技术的一个方面，提出了一种基于软件定义的可见光通信和射频小小区异构网络，所述异构网络包括：基础设施层、控制层和应用层；其中，所述基础设施层部署在室内环境中，可见光通信和无线射频小小区接入点均匀的布置其中，用户随机分配在二者重叠覆盖范围之内；所述控制层，至少包括一个基于软件定义的控制器，所述控制器同时与可见光通信小小区和无线射频小小区连通，用于处理整个接入网络的管理；所述应用层，包括来自不同运营商或设备提供商的服务器，与控制层连通，通过控制层实现服务器端与基础设施层的用户的交互。上述方案中，所述方法依赖于权利要求1所述的异构网络实现，包括以下步骤：步骤S1，初始化移动用户端MTs的各项参数以及信道衰落系数hVLC和hRF，在MTs与对应的AP之间的链路无故障率ρVLC和ρRF，初始化功率分配矩阵中的元素xRF以及全局辅助向量zRF；步骤S2，计算VLC和RF小小区异构网络的系统容量CT和系统功率PT；步骤S3，定义目标函数为步骤S4，根据功率增益最高的原则进行子信道分配BRFBVLC；步骤S5，在RF小小区系统中定义指标函数g(zRF)，并给出功率优化问题；步骤S6，根据g(zRF)得出增广拉格朗日函数；步骤S7，根据指标函数g(zRF)和功率矩阵公式依次更新功率分配矩阵步骤S8，在VLC小小区系统中定义指标函数g(zVLC)，并给出功率优化问题；步骤S9，根据g(zVLC)得出增广拉格朗日函数；步骤S10，根据指标函数g(zVLC)和功率矩阵公式依次更新功率分配矩阵步骤S11，将功率分配矩阵代入所述目标函数；步骤S12，若小于预设阈值则终止进程，取出功率分配矩阵数据；否则，重复步骤S7和S10。上述方案中，其特征在于：所述步骤S2中的VLC系统和RF系统的系统容量根据进行计算；所述VLC系统和RF系统的系统功率根据进行计算；其中，根据香农定理得出，PVLC为VLC系统在电路工作数据处理等方面消耗的功率，PRF为RF系统在数据处理等方面消耗功率，为传递功率,f,m,k分别表示移动用户端、LED阵列、小小区接入点APs。上述方案中，所述步骤S3中目标函数采用丁克尔巴赫式算法将原始分数形式的目标函数转换成减法函数F(λ)＝max[CT-λPT]。上述方案中，所述步骤S5中指标函数根据进行计算；所述优化问题表示为min[-f(xRF,BRF)+g(zRF)]；所述步骤S8中指标函数根据进行计算；所述优化问题表示为min[-f(xVLC,BVLC)+g(zVLC)]；其中，矩阵φ表示用户服务质量QoS需求的集合。上述方案中，所述步骤S6中增广拉格朗日函数为所述步骤S7中增广拉格朗日函数为上述方案中，所述步骤S7中，分别根据下式更新功率分配矩阵所述步骤S10中，分别根据下式更新功率分配矩阵由以上可见，本专利技术实施例的基于软件定义的可见光通信和射频小小区异构网络及网络资源分配方法，在软件定义的VLC和RF的异构小小区网络环境下，对各参数的初始化后，计算VLC系统和RF系统的系统容量和系统功率，并设置目标函数，根据功率增益最高的原则进行子信道分配；再在VLC系统中定义指标函数，给出优化问题并得出增广拉格朗日函数；再对功率矩阵公式进行更新，从而得出功率分配数据。本专利技术通过在异构场景引入软件定义技术，实现优化数据聚合和集中式网络控制效率，同时简化网络配置并支持灵活的网络资源管理；通过考虑回程约束，QoS要求和小区间干扰限制，采用丁克尔巴赫式算法将原始分数形式的目标函数转换成减法函数，然后用ADMM方法来解决优化问题进而最大限度地提高异构网络的能量效率，同时兼顾了QoS需求。附图说明为了更加清晰的阐述本专利技术的实施例和现有的技术方案，下面将本专利技术的技术方案说明附图和现有技术描述中用到的说明附图做简单的介绍，显而易见的，在不付出创造性劳动的前提下，本领域普通技术人员可通过本附图获得其他的附图。图1为本专利技术第一实施例的基于软件定义的异构网络系统结构示意图；图2为本专利技术第二实施例的基于软件定义的异构网络资源分配方法流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术作进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式得以实现，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在即将到来的第5代移动通信系统中，网络资源的合理分配将对频谱资源和能量资源的利用效率起着举足轻重的作用。在充分结合了时代发展需求和频谱、能量资源稀缺的情况下，本专利技术提出一种基于软件定义的可见光通信和射频小小区异构网络及网络资源分配方法。为了实现频谱资源和能量资源的合理分配，并能同时保证异构环境的稳定性和可行性，本专利技术通过考虑回程约束、服务质量(QualityofService,QoS)要求和小区间干扰限制，采用丁克尔巴赫式算法将原始分数形式的目标函数转换成减法函数，然后用交替方向乘子法(ADMM)方法来解决对于本专利技术通信场景的功率优化问题进而最大限度地提高该异构环境中的能量效率，从而得到一种新的异构网络资源分配机制。下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步说明。第一实施例图1所示为本实施例的基于软件定义的异构网络系统结构示意图。如图1所示，所述异构网络系统结构是依赖于统一控制和数据传输的软件定义的可见光通信(VLC)和无线射频(RF)的小小区异构网络系统，移动用户端MTs在VLC小小区和RF小小区的重叠区域中随机分布。如图1所示，本实施例的基于软件定义的异构网络，包括：基础设施层(InfrastructerLayer)、控制层(ControlLayer)以及应用层(ApplicationLayer)。其中，所述基础设施层部署在室内环境中，可见光通信和无线射频小小区接入点均匀的布置其中，用户随机分配在二者重叠覆盖范围之内；所述控制层，至少包括一个基于软件定义的控制器，所述控制器同时与可见光通信小小区和无线射频小小区连通，用于处理整个接入网络的管理；所述应用层，包括来自不同运营商或设备提供商的服务器，与控制层连通，通过控制层实现服务器端与基础设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于软件定义的可见光通信和射频小小区异构网络，其特征在于，所述异构网络包括：基础设施层、控制层和应用层；其中，所述基础设施层部署在室内环境中，可见光通信和无线射频小小区接入点均匀的布置其中，用户随机分配在二者重叠覆盖范围之内；所述控制层，至少包括一个基于软件定义的控制器，所述控制器同时与可见光通信小小区和无线射频小小区连通，用于处理整个接入网络的管理；所述应用层，包括来自不同运营商或设备提供商的服务器，与控制层连通，通过控制层实现服务器端与基础设施层的用户的交互。

【技术特征摘要】
1.一种基于软件定义的可见光通信和射频小小区异构网络，其特征在于，所述异构网络包括：基础设施层、控制层和应用层；其中，所述基础设施层部署在室内环境中，可见光通信和无线射频小小区接入点均匀的布置其中，用户随机分配在二者重叠覆盖范围之内；所述控制层，至少包括一个基于软件定义的控制器，所述控制器同时与可见光通信小小区和无线射频小小区连通，用于处理整个接入网络的管理；所述应用层，包括来自不同运营商或设备提供商的服务器，与控制层连通，通过控制层实现服务器端与基础设施层的用户的交互。2.一种基于软件定义的异构网络资源分配方法，其特征在于，所述方法依赖于权利要求1所述的异构网络实现，包括以下步骤：步骤S1，初始化移动用户端MTs的各项参数以及信道衰落系数hVLC和hRF，在MTs与对应的AP之间的链路无故障率ρVLC和ρRF，初始化功率分配矩阵中的元素xRF以及全局辅助向量zRF；步骤S2，计算VLC和RF小小区异构网络的系统容量CT和系统功率PT；步骤S3，定义目标函数为步骤S4，根据功率增益最高的原则进行子信道分配BRFBVLC；步骤S5，在RF小小区系统中定义指标函数g(zRF)，并给出功率优化问题；步骤S6，根据g(zRF)得出增广拉格朗日函数；步骤S7，根据指标函数g(zRF)和功率矩阵公式依次更新功率分配矩阵步骤S8，在VLC小小区系统中定义指标函数g(zVLC)，并给出功率优化问题；步骤S9，根据g(zVLC)得出增广拉格朗日函数；步骤S10，根据指标函数g(zVLC)和功率矩阵公式依次更新功率分配矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海君，刘娜，李亚博，隆克平，董江波，杨扬，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11