一种基于用户分组调度的网络资源分配方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于用户分组调度的网络资源分配方法和装置，涉及网络资源分配的技术领域，包括：构建目标系统模型，并根据所述目标系统模型确定待优化参数，其中，目标系统模型用于模拟卫星通信系统；基于多个用户终端的信道通信状态，对多个用户终端进行多层分簇处理，得到多个用户终端的初始分簇方案；基于初始分簇方案，确定出多个用户终端的初始用户终端分组方案；对初始用户终端分组方案进行优化，得到多个用户终端的目标用户终端分组方案；基于目标用户终端分组方案，对所述待优化参数进行优化得到卫星通信系统的最优功率分配方案，解决了现有技术中卫星通信系统的网络资源利用效率较低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于用户分组调度的网络资源分配方法和装置
本专利技术涉及网络资源分配的
，尤其是涉及一种基于用户分组的网络资源分配方法和装置。
技术介绍
天地一体化网络由地面蜂窝网与卫星网络互补构成，通过两个网络间的合作在实现系统容量提升的同时，增加了用户终端访问、数据传输和资源分配的灵活性，对于下一代无线通信网络的发展潜力巨大。相对的，两种网络的合作与共存也带来了一系列的问题：(1)复杂的干扰：地面基站和卫星同时向用户终端发送信息时，若基站和卫星工作于相同的频段，则会导致小区内/卫星内干扰、小区间/卫星间干扰和系统间干扰。在已有研究中，数字波束赋形和资源分配技术被用于抑制干扰，但仅适用于克服前两类干扰，对后一类干扰的改善收效甚微；(2)接入控制难度增大：用户终端成功接入的前提是网络能够满足用户终端的QoS需求。一方面，天地一体化网络面对复杂的干扰以及多类用户终端QoS需求，很难获得最优的接入方案；另一方面，移动蜂窝网和卫星网络之间的合作增加了用户终端的接入选择，进一步加大了接入控制优化的难度。上述问题严重制约了天地一体化网络的系统容量，为克服这一问题，如何在保证大量用户终端的QoS需求的同时实现系统容量的最大化，成为了相关研究的重点与难点。用户终端分组调度能够通过规划用户终端的分组，避免了网络对用户终端的绝大部分干扰，实现对用户终端资源分配方案的优化。已有的用户终端分组调度方法大多利用了资源的正交性，包括空间正交性、频率正交性以及时间正交性。当用户终端数量过多，超出了天地一体化网络的负载限制时，需要将用户终端按时隙分组并进行服务，一些简单的分组调度方法，如RoundRobin和贪婪算法，难以满足用户终端的性能需求。基于用户终端分组方案，资源分配在优化系统容量和用户终端服务质量展现出了其强大的能力。已有的资源分配主要采用固定分配方式，即将预先分配的资源块，如固定子载波、时隙、波束等，分配给待服务的用户终端。相比之下，功率分配是一种灵活的资源分配方法。由于资源的异构特性，已有的功率分配方法难以同时满足星地网络的容量最大化和用户终端的服务质量要求。针对上述问题，还未提出有效的解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于用户分组的网络资源分配方法，以缓解了现有技术中卫星通信系统的网络资源利用效率较低的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于用户分组的网络资源分配方法，包括：构建目标系统模型，并根据所述目标系统模型确定待优化参数，其中，所述目标系统模型用于模拟所述卫星通信系统，所述卫星通信系统包括：多个基站，一个宽带卫星和多个用户终端；基于所述多个用户终端的信道通信状态和所述目标系统模型，对所述多个用户终端进行多层分簇处理，得到所述多个用户终端的初始分簇方案；基于所述初始分簇方案，确定出所述多个用户终端的初始用户终端分组方案；对所述初始用户终端分组方案进行优化，得到所述多个用户终端的目标用户终端分组方案；基于所述目标用户终端分组方案，对所述待优化参数进行优化，得到所述卫星通信系统的最优功率分配方案，其中，所述最优功率分配方案为所述卫星通信系统容量最大的功率分配方案。进一步地，所述多个用户终端包括：卫星用户终端和基站用户终端；构建目标系统模型，并根据所述目标系统模型确定待优化参数，包括：基于所述多个用户终端在预设规划周期内发送的服务请求，对所述多个用户终端进行分组，得到当前用户终端分组方案，其中，所述预设规划周期内包含多个时隙；基于波束赋形技术，计算出每个基站在每个时隙的传输信号和所述卫星在每个时隙的传输信号；根据所述每个基站在每个时隙的传输信号和所述卫星在每个时隙的传输信号，计算出所述多个用户终端的接收信号，所述接收信号包括：所述卫星用户终端接收到的信号，所述基站用户终端接收到的信号；基于所述多个用户终端的接收信号，计算出传输容量，其中，所述传输容量包括：所述卫星用户终端的传输容量，所述基站用户终端的传输容量；将所述传输容量确定为所述待优化参数。进一步地，所述初始分簇方案中包含多层分簇；基于所述多个用户终端的信道通信状态和所述目标系统模型，对所述多个用户终端进行多层分簇处理，得到所述多个用户终端的初始分簇方案，包括：第一确定步骤，将所述多个用户终端的信道通信状态确定为所述多个用户终端的特征向量；第一初始化步骤，初始化所述多个用户终端的特征向量，并设置第一目标参数的参数值，其中，所述第一目标参数包括：所述多个时隙的数量Nt，每个分簇所对应的下一层分簇中包含的子簇数量k，所述多层分簇中的初始分层l＝1，其中，取值范围为1至L的整数，L为所述多层分簇的总层数；分簇步骤，将第l层中的子簇依次划分为下一层的k个子簇，并将所述第l层的子簇中包含的用户终端划分至对应的下一层的k个子簇中，得到初始分簇结果；第一判断步骤，若所述初始分簇结果符合预设条件，则将所述初始分簇结果确定为所述初始分簇方案，其中，所述预设条件为所述初始分簇结果收敛或迭代次数大于预设次数，第l层的子簇均划分为下一层的k个子簇，l大于或等于L；第二判断步骤，若所述初始分簇结果不符合所述预设条件，则将l更新为l+1，并重复执行所述分簇步骤和所述第一判断步骤，直到确定出符合预设条件的初始分簇结果。进一步地，基于所述初始分簇方案，确定出所述多个用户终端的初始用户终端分组方案，包括：第二初始化步骤，初始化第二目标参数，其中，所述第二目标参数包括：所述多个用户终端的数量，所述时隙的数量，所述初始分簇方案中多个分层的层数；第一执行步骤，将所述初始分簇方案转换为图论模型，并确定J＝1，其中，V0,1为所述图论模型中用于表征所述初始分簇方案中第1层第1个簇中包含的用户终端的数量的节点，J＝1表征所述时隙中的第一个时隙；第二执行步骤，基于E(Vl-1,i,Vl,j)的值与Vl,j的权值w(Vl,j)的分解值，对所述图论模型中的每一层中的每个节点Vl-1,i的值进行分解，得到分解值；第三执行步骤，确定第L层中包含的用户终端中的第一目标用户终端，并将所述第一目标用户终端确定为所述初始用户终端分组方案中第J个时隙内的用户终端，其中，所述第一目标用户终端为VL,j个相关性最小的用户终端；第四执行步骤，将所述目标用户终端从所述图论模型中移除，得到目标图论模型，并确定出所述目标图论模型的参数值，其中，所述参数值包括：所述节点所包含的用户终端的数量，所述节点与目标节点构成的边的值，所述节点的权重值，其中，所述目标节点包括：所述节点对应的子节点和与所述节点位于所述图论模型中同一层的节点；第五执行步骤，将J更新为J+1，并执行所述第三执行步骤和所述执行所述第四执行步骤，直至J≤Nt，得到所述初始用户终端分组方案。进一步地，对所述初始用户终端分组方案进行优化，得到所述多个用户终端的目标用户终端分组方案，包括：第三初始化步骤，初始化第三目标参数，并基于所述初始用户终端分组方案构建二向图论模型，其中，所述第三目标参数包括：所述基站数量，所述时隙的数量，所述初始用户终端分组方案中的一个分组对应所述二向图论模型中的一个节点；计算步骤，所述二向图论模型确定出所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于用户分组调度的网络资源分配方法，其特征在于，包括：/n构建目标系统模型，并根据所述目标系统模型确定待优化参数，其中，所述目标系统模型用于模拟卫星通信系统，所述卫星通信系统包括：多个基站，一个宽带卫星和多个用户终端；/n基于所述多个用户终端的信道通信状态和所述目标系统模型，对所述多个用户终端进行多层分簇处理，得到所述多个用户终端的初始分簇方案；/n基于所述初始分簇方案，确定出所述多个用户终端的初始用户终端分组方案；/n对所述初始用户终端分组方案进行优化，得到所述多个用户终端的目标用户终端分组方案；/n基于所述目标用户终端分组方案，对所述待优化参数进行优化，得到所述卫星通信系统的最优功率分配方案，其中，所述最优功率分配方案为所述卫星通信系统容量最大的功率分配方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于用户分组调度的网络资源分配方法，其特征在于，包括：
构建目标系统模型，并根据所述目标系统模型确定待优化参数，其中，所述目标系统模型用于模拟卫星通信系统，所述卫星通信系统包括：多个基站，一个宽带卫星和多个用户终端；
基于所述多个用户终端的信道通信状态和所述目标系统模型，对所述多个用户终端进行多层分簇处理，得到所述多个用户终端的初始分簇方案；
基于所述初始分簇方案，确定出所述多个用户终端的初始用户终端分组方案；
对所述初始用户终端分组方案进行优化，得到所述多个用户终端的目标用户终端分组方案；
基于所述目标用户终端分组方案，对所述待优化参数进行优化，得到所述卫星通信系统的最优功率分配方案，其中，所述最优功率分配方案为所述卫星通信系统容量最大的功率分配方案。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述多个用户终端包括：卫星用户终端和基站用户终端；构建目标系统模型，并根据所述目标系统模型确定待优化参数，包括：
基于所述多个用户终端在预设规划周期内发送的服务请求，对所述多个用户终端进行分组，得到当前用户终端分组方案，其中，所述预设规划周期内包含多个时隙；
基于波束赋形技术，计算出每个基站在每个时隙的传输信号和所述卫星在每个时隙的传输信号；
根据所述每个基站在每个时隙的传输信号和所述卫星在每个时隙的传输信号，计算出所述多个用户终端的接收信号，所述接收信号包括：所述卫星用户终端接收到的信号，所述基站用户终端接收到的信号；
基于所述多个用户终端的接收信号，计算出传输容量，其中，所述传输容量包括：所述卫星用户终端的传输容量，所述基站用户终端的传输容量；
将所述传输容量确定为所述待优化参数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始分簇方案中包含多层分簇；
基于所述多个用户终端的信道通信状态和所述目标系统模型，对所述多个用户终端进行多层分簇处理，得到所述多个用户终端的初始分簇方案，包括：
第一确定步骤，将所述多个用户终端的信道通信状态确定为所述多个用户终端的特征向量；
第一初始化步骤，初始化所述多个用户终端的特征向量，并设置第一目标参数的参数值，其中，所述第一目标参数包括：所述多个时隙的数量Nt，每个分簇所对应的下一层分簇中包含的子簇数量k，所述多层分簇中的初始分层l＝1，其中，取值范围为1至L的整数，L为所述多层分簇的总层数；
分簇步骤，将第l层中的子簇依次划分为下一层的k个子簇，并将所述第l层的子簇中包含的用户终端划分至对应的下一层的k个子簇中，得到初始分簇结果；
第一判断步骤，若所述初始分簇结果符合预设条件，则将所述初始分簇结果确定为所述初始分簇方案，其中，所述预设条件为所述初始分簇结果收敛或迭代次数大于预设次数，第l层的子簇均划分为下一层的k个子簇，l大于或等于L；
第二判断步骤，若所述初始分簇结果不符合所述预设条件，则将l更新为l+1，并重复执行所述分簇步骤和所述第一判断步骤，直到确定出符合预设条件的初始分簇结果。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述初始分簇方案，确定出所述多个用户终端的初始用户终端分组方案，包括：
第二初始化步骤，初始化第二目标参数，其中，所述第二目标参数包括：所述多个用户终端的数量，所述时隙的数量，所述初始分簇方案中多个分层的层数；
第一执行步骤，将所述初始分簇方案转换为图论模型，并确定J＝1，其中，V0,1为所述图论模型中用于表征所述初始分簇方案中第1层第1个簇中包含的用户终端的数量的节点，J＝1表征所述时隙中的第一个时隙；
第二执行步骤，基于E(Vl-1,i,Vl,j)的值与Vl,j的权值w(Vl,j)的分解值，对所述图论模型中的每一层中的每个节点Vl-1,i的值进行分解，得到分解值；
第三执行步骤，确定第L层中包含的用户终端中的第一目标用户终端，并将所述第一目标用户终端确定为所述初始用户终端分组方案中第J个时隙内的用户终端，其中，所述第一目标用户终端为VL,j个相关性最小的用户终端；
第四执行步骤，将所述目标用户终端从所述图论模型中移除，得到目标图论模型，并确定出所述目标图论模型的参数值，其中，所述参数值包括：所述节点所包含的用户终端的数量，所述节点与目标节点构成的边的值，所述节点的权重值，其中，所述目标节点包括：所述节点对应的子节点和与所述节点位于所述图论模型中同一层的节点；
第五执行步骤，将J更新为J+1，并执行所述第三执行步骤和所述执行所述第四执行步骤，直至J≤Nt，得到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜春晓，邓博于，匡麟玲，
申请(专利权)人：清华大学，上海清申科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11