小小区基站超密集部署下的用户关联到网络的方法技术

本发明专利技术提供了一种小小区基站超密集部署下用户关联到网络的方法，用于提高超密集部署下混合能源异构网络的能源效率。所述方法包括，首先基站根据自身的功耗情况，设置并发送基站权重值和优先级；其次，用户在关联过程中感知绿色能源的使用情况，优先接入绿色能源充足的基站。本实施例考虑电力能源和绿色能源同时供电的混合能源超密集异构网络场景，采用5G中的双斜率路径损耗模型对大尺度信道衰落进行建模，用户根据基站绿色能源的采集情况和使用情况自适应地调整其关联策略，本实施例同时结合匹配理论对关联过程中的资源分配和基站发射功率进行优化，有效降低了电力能耗、提高了能效。

【技术实现步骤摘要】
小小区基站超密集部署下的用户关联到网络的方法
本专利技术涉及通信网络
，尤其涉及一种小小区基站超密集部署下的用户关联到网络的方法。
技术介绍
随着计算机及电子技术的发展，通信网络已无处不在，同时也负载着着庞大的数据流量。根据推测，2020年的数据流量将会是2010年的250倍，这对现有的通信系统造成了巨大的挑战。第五代(5G)通信系统已经引起了信息通信行业的关注，IMT-2020推进组重点推进5G中的关键技术的研究，高容量、低能耗、低延迟是5G中的通信需求。为了实现5G通信，需要对宏基站内的小小区基站进行超密集部署，小小区基站的超密集部署势必会增加网络能源的消耗，此时，构建通过电力能源和绿色能源同时供电的混合能源超密集异构网络。超密集异构网络是实现5G通信需求的关键技术之一。信息通信技术带来的能源消耗量每年的增长率达到了15％-20％。由超密集部署的SCBSs(SmallCellBaseStations)产生的巨大的能源消耗成为一个具有挑战性的问题，应该得到妥善解决，以有效发挥超密集异构网络的潜力。基站能耗的增加导致了二氧化碳等温室气体的大量排放，对环境造成了恶劣的影响。为顺应绿色可持续发展战略目标，“绿色通信”得到了国内外学术界的认可，是5G中的核心目标之一。5G绿色蜂窝网络的主要目标为在满足用户日益增长的数据流量的同时，不断提升网络的能量效率，减少系统的能量消耗，达到降低全球碳排放的目的。现有技术中，大部分研究集中在将用户关联和功率优化联合起来考虑来降低系统的能耗，但是仅仅通过功率优化来实现能耗降低的效果并不明显，需要通过传统电力能源(以下简称为电力能源)和绿色能源同时供电的混合能源方式实现可持续发展。同时，现有的异构网络中大部分采用单斜率路径损耗模型来表示用户与基站之间的路径损耗情况。尽管单路径损耗模型的研究和分析比较容易，但是随着基站类型的多样化和基站的致密化，传统的单斜率路径损耗模型不再准确。现有工作已经开始对双斜率路径损耗模型进行研究。在混合能源异构网络下，对双斜率路径损耗模型中的用户关联到网络，如何才能实现电力能耗的节约和绿色能源的充分利用，还没有一个可行的方案。
技术实现思路
为了提高超密集部署下混合能源异构网络的能源效率，本专利技术提供一种小小区基站超密集部署下基于绿色能源感知的自适应用户关联到网络的方法。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本专利技术实施例提供了一种小小区基站超密集部署下的用户关联到网络的方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1，基站根据自身的功耗情况，设置并发送基站权重值和优先级；步骤S2，用户在关联过程中根据基站的权重值和优先级，感知绿色能源的使用情况，确定用户的效用函数，优先申请接入绿色能源充足的基站。进一步地，所述方法还包括：步骤S01，采用FI双斜率路径损耗模型，其模型为：式(1)中，d代表基站到用户的距离，dth为临界距离，β是浮动截距，α1代表d＜dth时的路径损耗斜率；α2代表d＞dth时的路径损耗斜率；构建能耗问题模型为：约束条件为：其中，第三个约束中是基站k的最大发射功率限制，优化变量为ank和tnk。进一步地，所述步骤S1中，设置基站的优先级，进一步包括：为不同能源的基站设置不同的优先级其中，第一优先级χ1基站：有绿色能源剩余的小小区基站设置为第一优先级χ1基站；第二优先级χ2基站：无绿色能源剩余的小小区基站(灰色基站)设置为第二优先级χ2；第三优先级χ3基站：将宏基站设置为第三优先级χ3基站；当没有用户接入宏基站时，宏基站为休眠节点，不再为用户提供服务。进一步地，所述步骤S1中，设置基站的权重值，通过设置基站的权重因子来实现，小小区基站k的权重因子为αk：其中，Ck代表基站k的功耗，Gk代表基站k的绿色能源产生速率；调整系数η；根据基站的能耗和绿色能源产生速率对η的值进行调整，其调整规则为保证所有基站的权重因子的最小值为正数。进一步地，所述步骤S2进一步包括：步骤S201，初始化待接入用户集合为所有用户；初始时刻基站功耗为静态功耗；初始化AN×K＝{0}；步骤S202，用户i检查各个基站的效用函数是否都为0，如果是，则用户i在本次关联过程中不再提交关联申请；如果不是，用户i根据收到的信息计算从各基站获得的效用；步骤S203，判断是否有第一优先级χ1基站；如果是，则转入步骤S204；如果否，则转入步骤S205；步骤S204，检测χ1基站对用户i的效用是否全为0，如果是，则转入步骤S205；如果否，则转入步骤S206；步骤S205，判断所有χ2基站对用户i的效用是否全为0，如果否，则转入步骤S207；如果是，则转入步骤S212；步骤S206，依据效用函数，获得用户i对χ1基站的偏好向量，并根据偏好向量申请关联至排名第一的χ1基站；转入步骤S208；步骤S207，依据效用函数，获得用户对χ2基站的偏好向量，并根据偏好向量申请关联至排名第一的χ2基站；转入步骤S208；步骤S208，基站k根据自身的效用函数形成所有申请服务的用户的偏好向量，并选择排名第一的用户n；步骤S209，判断用户n能否接入基站k；如果不能，则转入步骤S210；如果能，则转入步骤S211；步骤S210，基站k拒绝为该用户提供服务，向该用户反馈接入失败的信息，用户将基站k提供的效用函数置为0；转入步骤S202；步骤S211，将用户n从中移除，并将用户n和之前接入基站k的所有用户重新执行资源分配过程，更新基站k的实际发射功率；基站k根据自身的功耗情况更新权重因子，并根据绿色能源剩余情况更新优先级，转入步骤S218；步骤S212，用户i向宏基站提交接入申请；步骤S213，宏基站根据自身的效用函数形成所有申请服务的用户的偏好向量，并选择排名第一的用户n；步骤S214，判断用户n能否接入宏基站，如果能，则转入步骤S217，如果不能则转入步骤S215；步骤S215，检测中所有用户从所有基站获得的效用是否均为0，如果是，则转入步骤S216；如果否，则转入步骤S202；步骤S216，更新中用户受到的干扰为实际干扰，重置中用户的效用函数，转入步骤S202；步骤S217，用户n接入宏基站，并将用户n和之前接入宏基站的用户重新进行资源分配，更新宏基站的功耗，将用户n从中移除；步骤S218，判断集合是否为空，如果否，则转入步骤S202；如果是，则结束。进一步地，所述步骤S202中用户n根据收到的信息计算从各小小区基站获得的效用，依据下式进行计算：Unk＝μ·γk·SINRnk(13)若用户n向基站k(包括宏基站)提交接入申请，但不能成功接入时，设置Unk＝0；根据用户的效用函数来确定用户的偏好向量；当且仅当Unm＞Unk，基站mfn基站k，表示用户n更倾向于选择为其提供更高效用的基站m，从而得到用户n的偏好向量ψn；基站(包括宏基站)的效用函数定义为：Rnk＝SINRnk(14)若用户n不能成功接入时，设置Rnk＝0；参照用户偏好向量的确定方法，基站k对申请接入的用户形成基站侧的偏好向量ψk。进一步地，所述步骤S209和S214中用户能否接入基站的判定规则为：在假设基站以最大发射功率服务的前提下，根据式snk＝log2(1+SINRnk)计算用户的单位带宽数据速率，根据数据速率需求判断本基站剩余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小小区基站超密集部署下的用户关联到网络的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1，基站根据自身的功耗情况，设置并发送基站权重值和优先级；步骤S2，用户在关联过程中根据基站的权重值和优先级，感知绿色能源的使用情况，确定用户的效用函数，优先申请接入绿色能源充足的基站。

【技术特征摘要】
1.一种小小区基站超密集部署下的用户关联到网络的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1，基站根据自身的功耗情况，设置并发送基站权重值和优先级；步骤S2，用户在关联过程中根据基站的权重值和优先级，感知绿色能源的使用情况，确定用户的效用函数，优先申请接入绿色能源充足的基站。2.如权利要求1所述的用户关联到网络的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤S01，采用FI双斜率路径损耗模型，其模型为：式(1)中，d代表基站到用户的距离，dth为临界距离，β是浮动截距，α1代表d＜dth时的路径损耗斜率；α2代表d＞dth时的路径损耗斜率；构建能耗问题模型为：约束条件为：其中，第三个约束中是基站k的最大发射功率限制，优化变量为ank和tnk。3.如权利要求1所述的用户关联到网络的方法，其特征在于，所述步骤S1中，设置基站的优先级，进一步包括：为不同能源的基站设置不同的优先级其中，第一优先级χ1基站：有绿色能源剩余的小小区基站设置为第一优先级χ1基站；第二优先级χ2基站：无绿色能源剩余的小小区基站(灰色基站)设置为第二优先级χ2；第三优先级χ3基站：将宏基站设置为第三优先级χ3基站；当没有用户接入宏基站时，宏基站为休眠节点，不再为用户提供服务。4.如权利要求1所述的用户关联到网络的方法，其特征在于，所述步骤S1中，设置基站的权重值，通过设置基站的权重因子来实现，小小区基站k的权重因子为αk：其中，Ck代表基站k的功耗，Gk代表基站k的绿色能源产生速率；调整系数η；根据基站的能耗和绿色能源产生速率对η的值进行调整，其调整规则为保证所有基站的权重因子的最小值为正数。5.如权利要求1所述的用户关联到网络的方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：步骤S201，初始化待接入用户集合为所有用户；初始时刻基站功耗为静态功耗；初始化AN×K＝{0}；步骤S202，用户i检查各个基站的效用函数是否都为0，如果是，则用户i在本次关联过程中不再提交关联申请；如果不是，用户i根据收到的信息计算从各基站获得的效用；步骤S203，判断是否有第一优先级χ1基站；如果是，则转入步骤S204；如果否，则转入步骤S205；步骤S204，检测χ1基站对用户i的效用是否全为0，如果是，则转入步骤S205；如果否，则转入步骤S206；步骤S205，判断所有χ2基站对用户i的效用是否全为0，如果否，则转入步骤S207；如果是，则转入步骤S212；步骤S206，依据效用函数，获得用户i对χ1基站的偏好向量，并根据偏好向量申请关联至排名第一的χ1基站；转入步骤S208；步骤S207，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼俊红，郭浩然，张烁，尹光辉，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13