一种物联网系统中基于混合多址接入技术的合作资源分配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种物联网系统中基于混合多址接入技术的合作资源分配方法及装置，该系统包含一个基站、M个混合中继和M组物联网终端（每个混合中继服务一组终端）。终端与基站的通信分为三阶段完成，首先，混合中继为终端无线广播能量；其次，终端采用NOMA协议向混合中继发送数据；最后中继之间通过TDMA协议向基站发送数据。本发明专利技术的一种基于混合多址接入技术的合作资源分配方法，通过对传输时间、功率分配进行优化，提升了系统的整体通信效率，优化了系统的总传输数据量。系统的总传输数据量。系统的总传输数据量。

【技术实现步骤摘要】
一种物联网系统中基于混合多址接入技术的合作资源分配方法及装置


[0001]本专利技术属于无线通信领域，涉及一种物联网系统中基于混合多址接入技术的合作资源分配方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信业务的普及、业务种类的拓展，通信系统中的用户数量和传输数据量大大增加，单一的多址方式将无法适应如此大规模的数据量，并且大规模的数据传输必将导致更大的能量消耗。混合多址技术为正交多址技术(OMA)与非正交多址技术(NOMA)同时存在于同一个设备中，根据需要自适应的选择接入方式的一种技术，经验证，混合多址接入机制的接入数量相较于单一多址接入机制的接入数量更高，满足用户数量增加的需求。无线能量传输技术能够使现有的物联网系统增加覆盖面积、使物联网终端具有更长的续航时间，能够提升现有物联网系统的能量效率。
[0003]将混合多址技术与中继技术结合，能够有效提升物联网系统中的数据传输数量和效率；而无线能量传输技术能够弥补系统数据处理量而带来的能量消耗。但是，现有技术中缺少可以调配物联网系统中的资源的方法，造成能源浪费和消耗，降低信息传输效率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种物联网系统中基于混合多址接入技术的合作资源分配方法，其特征在于，基于物联网系统，所述物联网系统包括多个物联网终端、多个混合中继和一个基站；多个混合中继均与基站连接，且一个混合中继为一组终端提供服务；终端向基站数据传输的过程包括：混合中继下行能量传输，终端向混合中继上行信息传输，和中继向基站上行信息传输；在混合中继下行能量传输阶段，混合中继同时向其服务的所有终端设备传输无线能量；在终端向混合中继上行信息传输阶段，终端采用NOMA方式向混合中继传输数据；在中继向基站上行信息传输阶段，混合中继采用TDMA方式向基站传输数据；所述合作资源分配方法包括如下步骤：步骤1：建立物联网系统中基于混和多址接入技术的合作资源分配方法解决的优化问题模型；步骤2：将所述的优化问题模型进行转化，对于所有混合中继与信道的组合，优化并计算传输时间和功率分配；步骤3：计算混合中继向基站发送数据的功率和物联网终端向混合中继发送数据的传输功率。2.根据权利要求1所述的合作资源分配方法，其特征在于，建立物联网系统中基于混和多址接入技术的合作资源分配方法解决的优化问题模型，包括：建立物联网系统中基于混和多址接入技术的合作资源分配方法解决的优化问题模型P1：P1:约束C1：约束C2：τ1+∑
m∈M
(τ
2，m
+τ
3，m
)≤1约束C3：约束C4：约束C5：P1的目标在于最大化由混合中继服务的所有物联网终端设备向基站传送的数据总量，其中，物联网终端向中继传输的传输数据量和中继向基站传输的数据量分别为和和该系统中所有混合中继的集合为M，第m个混合中继所负责的物联网终端集合为K
m
，所有信道的集合为N；τ1、τ
2，m
和τ
3，m
分别为所有混合中继向其负责的物联网终端传输无线能量的时间、物联网终端向其所属的混合中继m发送信息的时间，和混合中继m向基站发送数据的时间，p
m，n
、q
m，n
和鯨
m，n，k
分别表示混合中继m在信道n上的向终端传输能量的功率、混合中继m
将从终端收集来的数据在信道n上的发送到基站的发射功率、和第m个混合中继所负责的第k个终端在信道n上的发射功率；g
m，n，k
、h
m，n，k
和γ
m，n
分别表示从第m个混合中继到其负责的第k个终端之间的信道n上的信道增益、第k个终端与其所属的混合中继m之间的信道n上的信道增益和第m个混合中继与基站之间信道n上的信道增益；P
m
和E
m
分别表示混合中继m在每个信道上的峰值发射功率限制和总消耗能量限制；个信道上的峰值发射功率限制和总消耗能量限制；约束C1表示第m个混合中继所负责的第k个终端设备在第2个传输时隙消耗的能量不大于第1个时隙其收集的能量；约束C2表示每个混合中继的3段传输时隙之和不大于归一化1；约束C3表示每个传输时隙都为正数；约束C4表示每个混合中继的总能量消耗约束；约束C5表示混合中继的发射功率受到约束并且物联网终端设备的发射功率为正数。3.根据权利要求1所述的合作资源分配方法，其特征在于，将所述的优化问题模型进行转化，对于所有混合中继与信道的组合，优化并计算传输时间和功率分配，包括：步骤2
‑
1：令所有混合中继在所有信道上的向终端传输能量时的发射功率为其最大值，即步骤2
‑
2：引入辅助变量并将问题P1改写为P2：P2：约束C6：约束C7：约束C8：约束C2和约束C3保持不变；其中，其中，步骤2
‑
3：采用拉格朗日乘子法求解问题P2，即引入辅助变量λ，采用二分法搜索其取值；具体为，令λ的初始取值范围为[λ
min
，λ
max
]，重复执行步骤2
‑
4至步骤2
‑
10，直至λ收敛；步骤2
‑
4：令步骤2
‑
5：针对所有混合中继m，求解如下问题得到与每个中继相关的拉格朗日对偶函数部分：P3：
约束C9：约束C10：τ
1，m
MP
m
+∑
n∈N
u
m，n
≤E
m
约束C11：约束C12：τ
1，m
≥0，τ
2，m
≥0，τ
3，m
≥0其中，τ
1，m
为最大化混合中继m相关的拉格朗日对偶函数部分情况下的τ1的值；步骤2
‑
6：为解决问题P3，引入辅助变量η重构问题P3如下：P4：约束C13：约束C14：约束C9
‑
约束C12保持不变其中约束C13和C14要求每个混合中继m相关的拉格朗日对偶函数值大于辅助变量η；给定η的初始搜索区间[η
min
，η
max
]，采用二分法搜索η的取值，直至其收敛；步骤2
‑
7：能量传输时隙长度τ1由所需时间最长的混合中继决定：由所需时间最长的混合中继决定：步骤2
‑
8：设置第m个混合中继在第n个信道上的无线能量发射功率为最大值的即：步骤2
‑
9：若∑
m∈M
(τ
1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鼎，陈柏龄，李群，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：