面向用户服务质量的雾无线网络资源分配方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向用户服务质量的雾无线网络资源分配方法，包括构建D2D(Device to Device,设备到设备)使能的FRAN(Fog Radio Access Networks，雾无线接入网)系统架构，其中FRAN系统架构中包含不同类型用户以及服务提供者；由服务提供者区分不同用户的类型，并确定不同类型用户所采取的通信模式，其中不同用户的类型包括RRH(Remote Radio Header，射频拉远头)用户、D2D用户和IoT(Internet of Things，物联网)用户；在网络能量效率最大化的目标下，确定不同类型用户的资源分配；实时检测用户服务状态并更新用户接入和离开状态信息。本发明专利技术可使得网络中不同用户始终获得最优网络服务资源，保证不同用户服务需求的基础上最大化网络能量效率，解决D2D使能下FRAN系统中不同用户服务需求的问题。中不同用户服务需求的问题。中不同用户服务需求的问题。

【技术实现步骤摘要】
Networks，雾无线接入网)系统架构，其中所述FRAN系统架构中包含不同类型用户以及服务提供者，所述不同类型用户与相应的服务提供者进行通信；
[0007]由所述不同类型用户向相应的服务提供者提供其参数信息，由所述服务提供者根据参数信息区分不同用户的类型，并确定不同类型用户所采取的通信模式，其中所述不同用户的类型包括RRH(Remote Radio Header，射频拉远头)用户、D2D用户和IoT(Internet of Things，物联网)用户；
[0008]在网络能量效率最大化的目标下，确定所述不同类型用户的资源分配，其中包括确定所述RRH用户的波束赋形向量分配、确定所述D2D用户间的发射功率分配以及确定所述IoT用户的资源块分配和功率分配；
[0009]实时检测用户服务状态并更新用户接入和离开状态信息。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述不同类型用户与相应的服务提供者进行通信包括高速率需求RRH用户由RRH提供服务，低时延需求IoT用户由FAP(Fog Access Point，雾接入点)提供服务，高速率需求D2D用户作为直接连接的设备由D2D用户提供服务。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，确定高速率需求用户所采取的通信模式，包括：
[0012]依据判断准则确定高速率需求用户所采取的通信模式，其中所述判断准则为用户之间距离及相对移动速度与预设的阈值的对比结果，若任意两个用户之间的距离大于所设定的距离阈值或其相对移动速度大于所设定的速度阈值时，则两个用户分别建立与RRH的通信链路，并执行RRH通信模式；若任意两个用户之间的距离小于所设定的距离阈值且其相对移动速度小于所设定的速度阈值时，则两个用户释放与RRH的通信链路，并执行D2D通信模式。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述网络能量效率的表达式为其中，R
tot
(t)和PC
tot
(t)分别为网络在t时刻的总吞吐量和功耗，E{
·
}表示取平均，和分别为网络平均吞吐量和功耗。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，在确定所述RRH用户的波束赋形向量分配时，需要优化各个RRH m的波束赋形向量，将波束赋形向量优化问题表示为其中C2为RRH用户g的数据速率约束C5为各RRH的最大发射功率约束C9为回传链路容量约束W为由所有RRH到所有RRH用户的波束赋形向量构成的矩阵、M为RRH集合、M为RRH个数、为RRH用户集合、G为执行RRH模式的用户数(即RRH用户数)、为RRH m的放大功率、w
g
为所有RRH与RRH用户g之间的波束赋形向量构成的矩阵、V为李雅普诺夫控制参数、为RRH用户g的业务队长、为RRH用户g的数据传输速率、为RRH用户g的最小数据速率需求、D
m,g
为指示RRH用户g是否关联到RRH m的RRH关联指示(D
m,g
∈{0,1})、
w
m,g
为RRH m与RRH用户g之间的波束赋形向量、为任一RRH的最大总发射功率、C
m
为RRH m的最大回传容量，并将该优化问题转换为凸优化问题，其中约束条件C2和C9分别转化为C2:C9:其中，h
g
为所有RRH到RRH用户g的信道状态信息(CSI)向量、w
l
为所有RRH与RRH用户l之间的波束赋形向量构成的矩阵、σ2为噪声方差、B为系统带宽、Re{
·
}表示取实部、ξ表示近似于0的正则因子。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，在确定所述D2D用户间的发射功率分配时，需要优化D2D模式下功率控制，将D2D模式下功率控制优化问题表示为其中，C3为D2D用户的数据速率约束C10为D2D用户的最大发射功率约束P
D
为所有D2D用户的发射功率构成的D2D用户发射功率向量、D为执行D2D通信模式的用户数(即D2D用户数)、为所有用户集合、为D2D用户d的业务队长、为D2D用户d在时刻t的数据速率、为D2D用户d的最小数据速率需求、P
r
为向D2D用户d提供服务的D2D用户r的发射功率、为D2D用户的最大发射功率、h
r,d
为D2D用户r与D2D用户d间的信道状态信息、P
I
为除D2D用户r和d外其他D2D用户I的发射功率、h
I,d
为该其他D2D用户(干扰用户)I与D2D用户d间的信道状态信息。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，在确定所述IoT用户的资源块分配和功率分配时，需要联合优化IoT用户中资源块分配和功率控制，将IoT用户中资源块分配和功率控制的优化问题表示为其中，C4为IoT用户时延约束C6为FAP的最大发射功率约束C7为资源块分配判决约束C8为一个资源块至多分配给一个IoT用户的资源块占用约束K为IoT用户的资源块分配指示向量、P
F
为FAP的发射功率向量、η
F
为FAP的放大功率、K为资源块个数、K为FAP的资源块集合、Q为IoT用户数、Q为IoT用户集合、D
q,k
为指示资源块k是否分配给IoT用户q的资源块分配判决(D
q,k
∈{0,1})、P
q,k
为FAP在资源块k上向IoT用户q提供的发射功率、为IoT用户q的业务队长、B
k
为资源块k的带宽、h
q,k
为FAP与资源块k上服务的用户q间的信道信息、Pr{
·
}表示取概率、ε为预设概率门限、为t时刻IoT用户q的业务队长用以反映其时延性能、为IoT用户q的最大队长限制、为FAP最大发射功率，并将该问题转换为凸优化问题，其中C4和C7分别转化为C4:C7:其中，为IoT用户时延需求所对应的最小数据速率需求。
[0017]此外，本专利技术还提供一种面向用户服务质量的雾无线网络资源分配系统，包括：
[0018]系统架构构建模块，所述系统架构构建模块用于构建D2D使能的FRAN系统架构，其中所述FRAN系统架构中包含不同类型用户以及服务提供者，所述不同类型用户与相应的服务提供者进行通信；
[0019]通信模式确定模块，由所述不同类型用户向相应的服务提供者提供其参数信息，所述通信模式确定模块用于由所述服务提供者根据参数信息区分不同用户的类型，并确定不同类型用户所采取的通信模式，其中所述不同用户的类型包括RRH用户、D2D用户和IoT用户；
[0020]资源分配模块，所述资源分配模块用于在网络能量效率最大化的目标下，确定所述不同类型用户的资源分配，其中包括确定所述RRH用户的波束赋形向量分配、确定所述D2D用户间的发射功率分配以及确定所述IoT用户的资源块分配和功率分配；
[0021]网络状态更新模块，所述网络状态更新模块用于实时检测用户服务状态并更新用户接入和离开状态信息。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述资源分配模块包括：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向用户服务质量的雾无线网络资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：构建D2D(Device to Device,设备到设备)使能的FRAN(Fog Radio Access Networks，雾无线接入网)系统架构，其中所述FRAN系统架构中包含不同类型用户以及服务提供者，所述不同类型用户与相应的服务提供者进行通信；由所述不同类型用户向相应的服务提供者提供其参数信息，由所述服务提供者根据参数信息区分不同用户的类型，并确定不同类型用户所采取的通信模式，其中所述不同用户的类型包括RRH(Remote Radio Header，射频拉远头)用户、D2D用户和IoT(Internet of Things，物联网)用户；在网络能量效率最大化的目标下，确定所述不同类型用户的资源分配，其中包括确定所述RRH用户的波束赋形向量分配、确定所述D2D用户间的发射功率分配以及确定所述IoT用户的资源块分配和功率分配；实时检测用户服务状态并更新用户接入和离开状态信息。2.根据权利要求1所述的面向用户服务质量的雾无线网络资源分配方法，其特征在于：所述不同类型用户与相应的服务提供者进行通信包括高速率需求RRH用户由RRH提供服务，低时延需求IoT用户由FAP(Fog Access Point，雾接入点)提供服务，高速率需求D2D用户作为直接连接的设备由D2D用户提供服务。3.根据权利要求2所述的面向用户服务质量的雾无线网络资源分配方法，其特征在于：确定高速率需求用户所采取的通信模式，包括：依据判断准则确定高速率需求用户所采取的通信模式，其中所述判断准则为用户之间距离及相对移动速度与预设的阈值的对比结果，若任意两个用户之间的距离大于所设定的距离阈值或其相对移动速度大于所设定的速度阈值时，则两个用户分别建立与RRH的通信链路，并执行RRH通信模式；若任意两个用户之间的距离小于所设定的距离阈值且其相对移动速度小于所设定的速度阈值时，则两个用户释放与RRH的通信链路，并执行D2D通信模式。4.根据权利要求1所述的面向用户服务质量的雾无线网络资源分配方法，其特征在于：所述网络能量效率的表达式为其中，R
tot
(t)和PC
tot
(t)分别为网络在t时刻的总吞吐量和功耗，E{
·
}表示取平均，和分别为网络平均吞吐量和功耗。5.根据权利要求1所述的面向用户服务质量的雾无线网络资源分配方法，其特征在于：在确定所述RRH用户的波束赋形向量分配时，需要优化各个RRH m的波束赋形向量，将波束赋形向量优化问题表示为其中C2为RRH用户g的数据速率约束C5为各RRH的最大发射功率约束C9为回传链路容量约束W为由所有RRH到所有RRH用户的波束赋形向量构成的矩阵、M
为RRH集合、M为RRH个数、为RRH用户集合、G为执行RRH模式的用户数(即RRH用户数)、为RRH m的放大功率、w
g
为所有RRH与RRH用户g之间的波束赋形向量构成的矩阵、V为李雅普诺夫控制参数、为RRH用户g的业务队长、为RRH用户g的数据传输速率、为RRH用户g的最小数据速率需求、D
m,g
为指示RRH用户g是否关联到RRH m的RRH关联指示(D
m,g
∈{0,1})、w
m,g
为RRH m与RRH用户g之间的波束赋形向量、为任一RRH的最大总发射功率、C
m
为RRH m的最大回传容量，并将该优化问题转换为凸优化问题，其中约束条件C2和C9分别转化为,其中，h
g
为所有RRH到RRH用户g的信道状态信息(CSI)向量、w
l
为所有RRH与RRH用户l之间的波束赋形向量构成的矩阵、σ2为噪声方差、B为系统带宽、Re{
·
}表示取实部、ξ表示近似于0的正则因子。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋慧琳，李梦影，陈丽丽，许彩云，李旋，李丽萍，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：