混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法技术

本发明专利技术提供了混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，在满足设备功率约束的前提下，实现网络传输速率最大化。本申请的实施例包括：电力线载波通信采用正交频分多址制式，无线传输采用非正交多址接入，设备将采集的数据传输至具有计算能力的变压器，此过程需决策以电力线载波通信或者无线传输方式进行传输，以及传输功率的优化配置，以实现传输速率最大化，提出了低复杂度的次优化调度策略，以及基于分支界定法的最优化调度策略。以及基于分支界定法的最优化调度策略。以及基于分支界定法的最优化调度策略。

【技术实现步骤摘要】
混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法


[0001]本专利技术涉及混合高速电力线载波通信和无线通信
，尤其涉及混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法及混合网络的资源分配方案。

技术介绍

[0002]近年来，智能电网和5G网络对海量互联互通设备的严格需求以及数据流量的爆炸式增长，推动了对多种通信技术发展的研究，在此背景下，高速电力线载波通信(HPLC)和无线通信(WLC)是学术界和工业界应用最广泛和研究最广泛的两种技术，HPLC是一种低成本的智能电网通信解决方案，利用了广泛可用的电力线基础设施，运行在3
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500kHz波段的HPLC允许智能电表和部署在低或中压电力线上的数据集中器之间的通信，由于电磁学的广泛应用，无线通信是一种更加灵活的通信方式，因此，将HPLC技术与WLC技术相结合，提高网络容量具有很大的潜力。
[0003]然而，HPLC和WLC都具有独特的信号传播特性，遇到了技术上的挑战，一方面，随着传输距离和频率的增加，高效液相色谱仪的信号衰减越来越大，此外，负载的不匹配和动态特性以及脉冲噪声都会导致频率选择性的产生，基于精密正交频分复用(OFDM)的高效液相色谱可以在高速传输中缓解这些影响，另一方面，WLC必须处理同信道干扰的敏感性、无线信道的随机性、传输功率的约束和频谱的稀缺性，与传统的正交多址接入(OMA)不同，非正交多址接入(NOMA)是5G网络空中接口技术的潜在候选技术，功率域NOMA通过功率域划分为同一物理资源上的多个用户同时提供服务，并采用连续干扰消除(SIC)在接收端进行信号解码，HPLC和WLC之间的差异增加了网络和电源管理的复杂性，因此，在HPLC和WLC网络中，需要精心设计传输调度和资源分配。

技术实现思路

[0004]（一）专利技术目的为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，是提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法。
[0005]（二）技术方案本专利技术提供了混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，包括：（1），建立基于混合高速电力线载波通信和无线通信的网络模型在智能电网与5G网络融合的场景中，有个传感器以电力线以及无线的方式连接到一个具有计算能力的变压器（数据集中器）；其中，电力线载波通信采用正交频分多址（OFDM）制式，无线传输采用非正交多址接入（NOMA）制式；（2），建立基于混合高速电力线载波通信和无线通信的上行通信模型OFDM制式将电力线载波通信可用带宽分为个正交子信道，设备对每个子信道上的分配的发射功率分别为，是设备在子信道的信道增益，
根据传输线理论，电力线信道可以被建模为：其中，是系数，是路径的权重，是路径的长度，是路损指数，是路径的传输时延，因此基于OFDM的高速电力线载波通信的传输速率是：其中是噪声功率，设是设备采用无线传输的发射功率，是设备采用无线传输的无线信道增益，接收端采用连续干扰消除技术来进行NOMA译码，假设个无线信道增益以降序排列，当译码第个设备的信号时，将其后序信号作为干扰，则设备的无线传输速率表示为：其中，是无线传输的带宽，是无线传输的背景噪声功率；（3），建立设备传输速率最大化模型个设备的传输模式决策表示为，发射功率决策表示为，为了保证服务质量，系统中全体设备的传输速率之和应该在满足功率约束的前提下实现最大化，将优化问题构建如下：将优化问题构建如下：将优化问题构建如下：约束条件（1）表示每个传感器必须决定数据处理的一种传输模式，约束条件（2）确保每个传感器的总发射功率不应超过其最大值。
[0006]优选的，设备可以采用两种连接方式与数据集中器连接，一是基于OFDM的电力线载波通信，二是基于NOMA的无线通信。
[0007]优选的，根据电力线信道和无线信道的不同，设备对传输的模式和发射功率进行优化，电力线载波通信和无线通信的传输速率分别表示为：
。
[0008]优选的，在满足功率约束的前提下，建立系统中全体设备的传输速率之和最大化的优化问题：的优化问题：的优化问题：。
[0009]优选的，合速率最大化问题是混合整数非凸优化问题，其中传输制式是整型变量，发射功率是连续型变量，首先，对该优化问题设计了高效的次优化算法，然后又基于分支界定法设计了最优化算法。
[0010]优选的，首先将整型变量在0和1之间线性松弛变为连续型变量，转换后的优化问题仍然是非凸优化问题，进一步进入辅助变量，使得，，因此，无线传输速率可以表示为：，传输功率表示为：，因此，原优化问题构建为：原优化问题构建为：原优化问题构建为：其中，，是在0和1之间取值的连续变量，引入辅助变量后，重建后的问题是凸优化问题，可以采用拉格朗日优化方法来求解，分别对两个约束条件引入拉格朗日乘子：，则拉格朗日函数构建为：
，优化问题的Karush
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Kuhn
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Tucker条件为：Tucker条件为：Tucker条件为：Tucker条件为：Tucker条件为：Tucker条件为：求解上述的方程组，即可获得松弛后的优化问题的解。
[0011]优选的，在0和1之间所松弛的变量通过阈值判断法进行恢复为二值变量，设置阈值为，它是一个0和1之间的值，若所获得的大于，则恢复为1，若所获得的小于，则恢复为0。
[0012]优选的，基于分支界定法获得网络资源调度的最优策略：第一步，合速率上界初始化为正无穷，合速率下界初始化为0，定义决策树的层数，传输策略集合为空集；第二步，求解带有放松整数约束的放松问题，并求出目标函数的值，如果解都是整数，则将得到的解加到集合中，算法停止，否则，如果获得的目标函数值大于0，则将被更新为；第三步，生成一个分支，选择一个非整数解的传感器，将非整数解上下舍入作为分支，固定该传感器的传输模式变量，并通过对其他传感器的优化来解决松弛后的优化问题，决策树的层数加一，；第四步，计算上下限，在每个分支上都可以得到当前解下的目标函数的值，级别下所有分支的的最大值和最小值分别记为和，如果，将更新为，同理更新，将策略设备的传输策略加入到策略集合；第五步，删除一个分支，对其余节点（传感器）重复步骤三和步骤四，在这个过程
中，如果某一层的合速率最大值小于全局最小值，或者合速率最小值大于全局最大值，这个分支被修剪；重复上述步骤三至步骤五，直到所有传感器都获得了其最佳传输模式策略。
[0013]优选的，所设计的最优化算法如下：初始化：；循环，求解松弛后的优化问题，如果，所有决策都是整数，则将决策加入决策集合，算法终止，否则，选择一个非整数型决策变量的设备，生成一个分支，固定设备的传输决策，优化其余设备的传输决策，；计算；如果，或者，则将该分支剔除，否则，更新，终止条件，直到所有设备都获得传输决策，输出，所有设备的传输决策和发射功率。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：综上所述，本专利技术提供了混合高速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，其特征在于，包括：（1）、建立基于混合高速电力线载波通信和无线通信的网络模型在智能电网与5G网络融合的场景中，有个传感器以电力线以及无线的方式连接到一个具有计算能力的变压器（数据集中器）；其中，电力线载波通信采用正交频分多址（OFDM）制式，无线传输采用非正交多址接入（NOMA）制式；（2）、建立基于混合高速电力线载波通信和无线通信的上行通信模型OFDM制式将电力线载波通信可用带宽分为个正交子信道，设备对每个子信道上的分配的发射功率分别为，是设备在子信道的信道增益，根据传输线理论，电力线信道可以被建模为：，其中，是系数，是路径的权重，是路径的长度，是路损指数，，是路径的传输时延，因此基于OFDM的高速电力线载波通信的传输速率是：其中是噪声功率，设是设备采用无线传输的发射功率，是设备采用无线传输的无线信道增益，接收端采用连续干扰消除技术来进行NOMA译码，假设无线信道增益以降序排列，当译码第个设备的信号时，将其后序信号作为干扰，则设备的无线传输速率表示为：其中，是无线传输的带宽，是无线传输的背景噪声功率；（3）、建立设备传输速率最大化模型个设备的传输模式决策表示为，发射功率决策表示为，为了保证服务质量，系统中全体设备的传输速率之和应该在满足功率约束的前提下实现最大化，将优化问题构建如下：足功率约束的前提下实现最大化，将优化问题构建如下：足功率约束的前提下实现最大化，将优化问题构建如下：约束条件（1）表示每个传感器必须决定数据处理的一种传输模式，约束条件（2）确保每个传感器的总发射功率不应超过其最大值。2.根据权利要求1所述的混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，其
特征在于，设备可以采用两种连接方式与数据集中器连接，一是基于OFDM的电力线载波通信，二是基于NOMA的无线通信。3.根据权利要求1所述的混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，其特征在于，根据电力线信道和无线信道的不同，设备对传输的模式和发射功率进行优化，电力线载波通信和无线通信的传输速率分别表示为：力线载波通信和无线通信的传输速率分别表示为：。4.根据权利要求1所述的混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，其特征在于，在满足功率约束的前提下，建立系统中全体设备的传输速率之和最大化的优化问题：问题：问题：。5.根据权利要求1所述的混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，其特征在于，合速率最大化问题是混合整数非凸优化问题，其中传输制式是整型变量，发射功率是连续型变量，首先，对该优化问题设计了高效的次优化算法，然后又基于分支界定法设计了最优化算法。6.根据权利要求5所述的混合高速电力线载波通信和无线通信网络资源调度方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田辉，华美慧，陈志广，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：