一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法技术方案

一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，所述方法根据电力用户业务优先级、用户速率最低要求、功率及QoS需求建立多小区协作资源分配模型，再用动态迭代算法给用户分配临时子信道，然后采用考虑KKT条件的迭代注水算法对小区用户的功率进行分配，得到多小区协作下用户的最优解，使得各优先级的电力用户信息选择最佳的载波频段及资源单元进行传输。本发明专利技术在现有的空地一体化系统架构的基础上，找到了覆盖更广，容量更大，成本更低，更易实现的框架设计，并实现了功率的最佳分配，使得各优先级的电力用户信息在满足速率、时延、功率等条件下，选择最佳的载波频段及资源单元进行传输，为电力生产的应急通信需求提供了有力的信息传输支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法
本专利技术涉及一种电力通信资源分配方法，属于通信

技术介绍
近年来，随着智能设备浪潮的兴起，移动互联网的概念被人们广泛关注，无人驾驶、智慧城市、智能电网等新兴技术在给人们生活带来便利的同时也对网络架构带来了很大的挑战。为了满足这些需求，一些新的网络架构和技术应运而生，物联网(InternetofThings,IoT)就是其中之一。在IoT中，存在着大量广泛部署的智能设备及传感器，物联网不仅可以服务于人口密集区域，而且也可以为沙漠、海洋等地区提供智能设备的支撑和管理。当智能设备密集分布于很广泛的范围内，或者分布于不受地面接入网络服务的偏远地区，这种特殊情况下的物联网称为远程物联网(InternetofRemoteThings,IoRT)。卫星具有服务可靠性高、覆盖范围广、通信容量大等其他通信方式无法比拟的优势，卫星提供的宽带互联网服务可以满足物联网中互联网连接的需求，极大地提升用户的服务质量，同时也是在自然灾害或人为灾害场景下提供连续性通信服务的重要因素。截止目前，我国己经有近百颗的空间飞行器在轨运行，提供通信、测绘、导航、载人航天、深空探测等多种服务，同时配套使用的地面网络系统也日益成熟，包括卫星运控站、监测站、测控站等。地面网络已经无法满足日益增长的需求，在广阔的海洋、偏远的山区、浩瀚的沙漠以及广裹太空中，地面基站没有得到充分部署，无法接入地面网络，而卫星通信却能很好的处理这一问题。在上述地区和受灾地区，唯一能够进行快速部署的通信方式就是卫星通信。由此来看，在信息化时代，卫星通信己经成为不可或缺的通信方式。电力信息通信需求以其不同于传统移动通信的“小数据、多接入、多业务”特点为无线通信技术带来了新的挑战。因此如何在现有的空地一体化系统架构的基础上，寻求覆盖更广，容量更大，成本更低，更易实现的框架设计，并在基于多小区联合协作的空天地一体化系统中，综合考虑基站负载均衡，找到最佳功率分配方式，就成为有关技术人员面临的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，以。本专利技术所述问题是以下述技术方案解决的：一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，所述方法首先根据电力用户业务优先级、用户速率最低要求、功率及QoS需求建立多小区协作资源分配模型，再用动态迭代算法给用户分配临时子信道，然后采用考虑KKT条件的迭代注水算法对小区用户的功率进行分配，得到多小区协作下用户的最优解，使得各优先级的电力用户信息在满足速率、时延、功率的条件下，选择最佳的载波频段及资源单元进行传输。上述基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，所述方法包括以下步骤：a.电力业务优先级的划分将所有电力用户终端根据业务优先级分为三个集合：视频图像监控终端集合AVIS，配电自动化终端集合ADA，用电信息采集终端集合AEIC，并将每个集合中的终端按照下式的值降序排列：式中Qi,j,k表示终端在资源块上的优先级，ri,j,k表示终端的瞬时传输速率，表示集合中所有终端的平均速率，τi表示终端i的缓存队列中队首数据包所等待的时间，f(τi)用于提高等待时间长的视频流数据包在RB分配时的优先级，从而在RB分配时优先传输等待时间长的视频流数据包，其定义如下式所示:式中Uvideo表示所有视频流UE组成的集合，τmax表示视频流数据包所能容忍的最大等待时间，当τi＞τmax时，将丢弃队首等待的数据包，原来的第二个数据包变成队首数据包，并根据该数据包重新计算τi与f(τi)；b.建立资源调度模型：式中，B是系统的总带宽，N是系统被分为子信道的个数，是基站m和用户k在子信道n上的信道响应，是基站m为子信道n分配的功率，是功率分配的集合，是相应的噪声功率；c.由资源调度模型求得多小区协作下用户的最优解，实现网络资源的分配。上述基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，由资源调度模型求得多小区协作下用户的最优解的具体方法如下：①动态迭代子信道分配设计跨层资源分配对应的势函数：资源调度模型的优化模型转换为：动态子信道分配策略如下：其中表示基站m的子信道n暂时分配给用户k，在第一次迭代中假设功率是平均分配的，用动态迭代算法先给用户分配临时子信道；②基于KKT的迭代注水功率分配将资源调度模型的优化模型转换为：将式中优化问题表示为含有功率约束二元形式的部分拉格朗日函数，如下式所示:其中，λm,μm,vm是拉格朗日乘子，P是待求解的功率分配矩阵，求目标功率对应的注水求解，得到功率分配方式:③重复步骤①，得到用户的下一个临时子信道，根据式更新子信道分配方式；④重复步骤②，得到用户在下一个临时子信道的功率分配方式，根据式更新功率；⑤迭代n次，直到收敛，得到多小区协作下用户的最优解。有益效果本专利技术在现有的空地一体化系统架构的基础上，找到了覆盖更广，容量更大，成本更低，更易实现的框架设计，并实现了功率的最佳分配，使得各优先级的电力用户信息在满足速率、时延、功率等条件下，选择最佳的载波频段及资源单元进行传输，为电力生产的应急通信需求提供了有力的信息传输支撑。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详述。图1是空天地一体化系统的系统架构图。图2是空天地一体化系统通信流程框架图。图3是基于空天地一体化化系统的多小区联合资源分配算法流程图。文中各符号分别表示为：AVIS表示视频图像监控终端集合，ADA表示配电自动化终端集合，AEIC表示用电信息采集终端集合，Qi,j,k表示终端在资源块上的优先级，ri,j,k表示终端的瞬时传输速率，表示集合中所有终端的平均速率，τi表示终端i的缓存队列中队首数据包所等待的时间，f(τi)用于提高等待时间长的视频流数据包在RB分配时的优先级，Uvideo表示所有视频流UE组成的集合，τmax表示视频流数据包所能容忍的最大等待时间，B是系统的总带宽，N是系统被分为子信道的个数，是基站m和用户k在子信道n上的信道响应，是基站m为子信道n分配的功率，是功率分配的集合，是相应的噪声功率，表示基站m的子信道n暂时分配给用户k，λm,μm,vm是拉格朗日乘子，P是待求解的功率分配矩阵。具体实施方式本专利技术提供了一种基于电力通信空天地一体化系统的资源分配方法。为了衡量所设计方法的性能，对于智能电网下空天地一体化系统的资源调度模型描述如下：假设正交频分多址(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，OFDMA)网络给每一个用户分配不同的子信道集合，而且在下行OFDMA蜂窝网中共有M(M≥2)个基站协作接入点，系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，其特征是，所述方法首先根据电力用户业务优先级、用户速率最低要求、功率及QoS需求建立多小区协作资源分配模型，再用动态迭代算法给用户分配临时子信道，然后采用考虑KKT条件的迭代注水算法对小区用户的功率进行分配，得到多小区协作下用户的最优解，使得各优先级的电力用户信息在满足速率、时延、功率的条件下，选择最佳的载波频段及资源单元进行传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，其特征是，所述方法首先根据电力用户业务优先级、用户速率最低要求、功率及QoS需求建立多小区协作资源分配模型，再用动态迭代算法给用户分配临时子信道，然后采用考虑KKT条件的迭代注水算法对小区用户的功率进行分配，得到多小区协作下用户的最优解，使得各优先级的电力用户信息在满足速率、时延、功率的条件下，选择最佳的载波频段及资源单元进行传输。


2.根据权利要求1所述的一种基于空天地一体化系统的网络资源分配方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
a.电力业务优先级的划分
将所有电力用户终端根据业务优先级分为三个集合：视频图像监控终端集合AVIS，配电自动化终端集合ADA，用电信息采集终端集合AEIC，并将每个集合中的终端按照下式的值降序排列：



式中Qi,j,k表示终端在资源块上的优先级，ri,j,k表示终端的瞬时传输速率，表示集合中所有终端的平均速率，τi表示终端i的缓存队列中队首数据包所等待的时间，f(τi)用于提高等待时间长的视频流数据包在RB分配时的优先级，从而在RB分配时优先传输等待时间长的视频流数据包，其定义如下式所示:



式中Uvideo表示所有视频流UE组成的集合，τmax表示视频流数据包所能容忍的最大等待时间，当τi＞τmax时，将丢弃队首等待的数据包，原来的第二个数据包变成队首数据包，并根据该数据包重新计算τi与f(τi)；
b.建立资源调度模型：












式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马乐，宋曦，曲倩，王克敏，刘豆，李颖，王玉亭，许剑，郝爱山，纪强，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司信息通信公司，北京中电飞华通信有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62