一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，包括：智能家居设备系统下行链路模块、节点和链路限制模块和联合流量工程与干扰管理模块。智能家居设备系统下行链路模块为了对无线链路进行集合，与节点和链路限制模块相连接。节点和链路限制模块为了解决无线链路流速限制引起的非凸性和流量守恒限制中流量的耦合方式的问题，与联合流量工程与干扰管理模块相连接。本发明专利技术通过对异构网络场景下的大规模软件定义无线网络的联合流量控制和物理层干扰管理问题的研究，将软件定义网络与智能家居系统联系起来，来实现一种基于软件定义网络的能量效率优化系统，以最大限度提升智能家居场景中的系统的能量效率。

An Energy Efficiency Optimization System Based on Software Definition Network in Smart Home

【技术实现步骤摘要】
一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统
本专利技术涉及通讯
，更具体地，涉及一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统。
技术介绍
智能家居是在物联网的影响之下一种物联化的体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电以及三表抄送等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。但是，任何技术的实现都需要能量的支持，且能量一般采取电能的方式来提供。目前，信息与通信技术所消耗的电能可达全球的5％，并排放了全球近2％的温室气体，这相当于航空业的排放总量。就目前的增长趋势，如果不加以控制，信息与通信技术行业的碳排放量将在2020年实现倍增。因此，对智能家居系统中的能量效率的研究就变得尤其重要，现有技术存在能量效率低下和网络存在高能耗等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决在智能家居系统中能量的利用效率低下的问题，提供一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，包括：第一模块、第二模块与第三模块；所述第一模块为智能家居设备系统下行链路模块；所述第二模块为节点和链路限制模块；所述第三模块为联合流量工程与干扰管理模块；所述第一模块与第二模块相连接，用于对无线链路进行集合；所述第二模块与第三模块相连接；用于解决无线链路流速限制引起的非凸性和流量守恒限制中流量的耦合方式的问题。优选地，所述第一模块为软件定义无线网络的智能家居设备系统下行链路模块，所述第一模块的数据流通过软件定义无线网络流向智能家居终端。优选地，所述软件定义无线网络为有向链路组合；所述有向链路组合包括有线链路和无线链路；所述有线链路提供路由与基站之间的连接；所述无线链路提供基站与智能家居终端之间的单跳连接。优选地，所述第二模块将上行链路的信道状态信息反馈到第一模块。优选地，所述第二模块将上行链路的信道状态信息反馈到第一模块时，在链路反馈和接入网络时受到的限制约束包括：链路容量限制、节点流量守恒限制、发射功率限制、异构Qos保证限制、跨层干扰限制和虚拟资源用户调制限制。优选地，所述的链路反馈和接入网络时受到的限制约束在发生时，需要执行以下步骤：S1.节点s(n)到节点d(n)的N个商品的路由，其中n＝1～N；S2.在每一个基站设计线性预编码器。优选地，所述第三模块为了解决无线链路流速限制引起的非凸性问题，采用以下公式：其中ul(v)为初步额外优化变量，假设每个基站使用线性预编码器vl，其中pl代表分配功率，vm同理，hlm表示通过子信道kl由基站sm到终端用户dl的信道抽头系数，hll代表信道抽头系数，是用户dl处加性高斯白噪声的方差。优选地，所述第三模块为了解决流量守恒限制中流量的耦合方式问题，采用以下公式：wl(v)＝(1-|hll|vlul(v))-1其中wl(v)表示进阶额外优化变量，hll代表信道抽头系数；此外，分配功率即为pl＝vl2。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提供的一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，通过智能家居设备系统下行链路模块、节点和链路限制模块和联合流量工程与干扰管理模块之间相互配合，以及在联合流量工程与干扰管理模块采用分布式算法实现速率的优化以及解决大尺度分布式凸优化问题。本专利技术能够优化网络的能量效率，降低网络的能耗，以最大限度提升智能家居系统的能量效率。附图说明图1是一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，如图1所示，包括：第一模块、第二模块与第三模块；所述第一模块为智能家居设备系统下行链路模块；所述第二模块为节点和链路限制模块；所述第三模块为联合流量工程与干扰管理模块；所述第一模块与第二模块相连接，用于对无线链路进行集合；所述第二模块与第三模块相连接；用于解决无线链路流速限制引起的非凸性和流量守恒限制中流量的耦合方式的问题。优选地，所述第一模块为软件定义无线网络的智能家居设备系统下行链路模块，所述第一模块的数据流通过软件定义无线网络流向智能家居终端。优选地，所述软件定义无线网络为有向链路组合；所述有向链路组合包括有线链路和无线链路；所述有线链路提供路由与基站之间的连接；所述无线链路提供基站与智能家居终端之间的单跳连接；根据上述的无线链路以及分配功率，基于香农容量公式，可以得出无线链路的速率。优选地，所述第二模块将上行链路的信道状态信息反馈到第一模块。优选地，所述第二模块将上行链路的信道状态信息反馈到第一模块时，在链路反馈和接入网络时受到的限制约束包括：链路容量限制、节点流量守恒限制、发射功率限制、异构Qos保证限制、跨层干扰限制和虚拟资源用户调制限制；对于软件定义无线网络的每一条无线链路，给定线性预编码器，当通过智能家居场景中的家庭基站为上行链路估计信道状态信息，并从毫微微用户反馈到下行链路时，在回程链路和接入网络中要考虑多种系统级限制，其中对于任意一条有线链路，其上传输的所有数据的流速之和要做到必须小于链路的总容量，对于任一节点v∈V，总输入流量要等于总输出流量，对于基站s的传输功率，应该使其小于给定的预算功率，而且在智能家居的使用中任何用户在任何时间任何地点都要确保可以获得具有QoS(用户服务质量)保证的服务，同时跨层干扰限制必须考虑在内，以减少智能家居用户之间的通信干扰，而对于虚拟资源用户调度限制的问题，要使小区中每个子信道至多只能被一个使用智能家居的家庭用户占用。本专利技术在以上限制的约束下，还要同时做到实现从节点s(n)到节点d(n)的N个商品的路由，其中n＝1～N；以及在每一个智能家居场景中的基站设计线性预编码器，至此，智能家居场景下的网络能量效率可以用来表示。优选地，所述第三模块为了解决无线链路流速限制引起的非凸性问题，采用定义为WMMSE的加权最小化均方误差算法：其中ul(v)为初步额外优化变量，假设每个基站使用线性预编码器vl，其中pl代表分配功率，vm同理，hlm表示通过子信道kl由基站sm到终端用户dl的信道抽头系数，hll代表信道抽头系数，是用户dl处加性高斯白噪声的方差。优选地，所述第三模块为了解决流量守恒限制中流量的耦合方式问题，采用定义为ADMM的交替方向乘子算法：wl(v)＝(1-|hll|vlul(v))-1其中wl(v)表示进阶额外优化变量，hll代表信道抽头系数；此外，分配功率即为pl＝vl2。在一些实施例中，联合流量工程与干扰管理模块在对无线链路流速限制引起的非凸性和流量守恒限制中流量的耦合方式等问题的处理上，不止仅限于上述一种额外变量的引入。附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，其特征在于，包括：第一模块、第二模块与第三模块；所述第一模块为智能家居设备系统下行链路模块；所述第二模块为节点和链路限制模块；所述第三模块为联合流量工程与干扰管理模块；所述第一模块与第二模块相连接，用于对无线链路进行集合；所述第二模块与第三模块相连接；用于解决无线链路流速限制引起的非凸性和流量守恒限制中流量的耦合方式的问题。

【技术特征摘要】
1.一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，其特征在于，包括：第一模块、第二模块与第三模块；所述第一模块为智能家居设备系统下行链路模块；所述第二模块为节点和链路限制模块；所述第三模块为联合流量工程与干扰管理模块；所述第一模块与第二模块相连接，用于对无线链路进行集合；所述第二模块与第三模块相连接；用于解决无线链路流速限制引起的非凸性和流量守恒限制中流量的耦合方式的问题。2.根据权利要求1所述的一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，其特征在于，所述第一模块为软件定义无线网络的智能家居设备系统下行链路模块，所述第一模块的数据流通过软件定义无线网络流向智能家居终端。3.根据权利要求2所述的一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，其特征在于，所述软件定义无线网络为有向链路组合；所述有向链路组合包括有线链路和无线链路；所述有线链路提供路由与基站之间的连接；所述无线链路提供基站与智能家居终端之间的单跳连接。4.根据权利要求1所述的一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，其特征在于，所述第二模块将上行链路的信道状态信息反馈到第一模块。5.根据权利要求4所述的一种智能家居中基于软件定义网络的能量效率优化系统，其特征在于，所述第二模块将上行链...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪莹，施展，亢中苗，刘紫健，李溢杰，陈辉煌，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：广东,44