基于深度确定性策略梯度的IEEE802.11beWiFi实时资源分配方法组成比例

一种基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法，包括以下步骤：1)建立IEEE 802.11be WiFi网络模型；2)确定网络所采用移动性模型、路径损耗模型以及干扰模型；3)推导网络的吞吐率表达式；4)提出以最大化最小吞吐率为目标函数的优化问题，该优化问题旨在实时优化功率、信道和资源单元的分配，从而提高网络的最小吞吐率；5)设计基于深度确定性策略梯度的实时资源分配算法对优化问题进行求解，实现IEEE 802.11be WiFi实时资源分配。本发明专利技术可有效提高网络的最小吞吐率。本发明专利技术可有效提高网络的最小吞吐率。本发明专利技术可有效提高网络的最小吞吐率。

【技术实现步骤摘要】
基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法


[0001]本专利技术属于网络资源分配领域，涉及一种IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法。

技术介绍

[0002]基于IEEE 802.11be标准的WiFi可被应用于室内节点的网络接入。IEEE 802.11be标准是下一代WiFi标准，目前处于制定和不断完善的阶段。从IEEE 802.11be标准的技术草案中可以看出，相比于现有的WiFi标准，如IEEE 802.11ac或IEEE 802.11ax，IEEE 802.11be标准的突出特点如下：支持增强的MU
‑
MIMO技术；支持增强的OFDMA技术；支持多RU聚合技术；支持多链路传输和多AP协调技术等。这些新的特点可有效提高网络的性能。因此，部署基于IEEE 802.11be标准的WiFi网络对于提高用户的使用体验是非常重要的。
[0003]在基于IEEE 802.11be标准的WiFi网络中，根据当前的网络状态，如节点的位置和网络干扰的强度等，实时动态地为AP和节点分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)建立IEEE 802.11be WiFi网络模型；2)确定网络所采用移动性模型、路径损耗模型以及干扰模型；3)推导网络的吞吐率表达式；4)提出以最大化最小吞吐率为目标函数的优化问题，该优化问题旨在实时优化功率、信道和资源单元的分配，从而提高网络的最小吞吐率；5)设计基于深度确定性策略梯度的实时资源分配算法对优化问题进行求解，实现IEEE 802.11be WiFi实时资源分配。2.如权利要求1所述的基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法，其特征在于，所述步骤1)中，IEEE 802.11be WiFi网络由一个网络控制器、多个AP和多个节点组成，网络控制器负责为AP分配资源以及协调AP之间的工作状态以减少相邻基本服务集BSS之间的干扰；以A表示AP集合，以S表示节点集合，AP j配备N根天线，节点i配备1根天线，j∈A，i∈S，IEEE 802.11be WiFi网络采用空间多路复用技术，配备了N根天线的AP具有N个空间流，每个节点可通过其中一个空间流与AP进行通信，IEEE 802.11be WiFi网络采用2.4G、5G
‑
I、5G
‑
II和6G共四个频段，每个频段包含多个信道；以w表示信道的宽度，单位为MHz，w∈W＝{20,40,80,160,320}MHz，其中，W是信道带宽的集合，一个信道可以分配给一个AP，引入集合B＝{2.4G,5G
‑
I,5G
‑
II,6G}来表示AP所采用的4个频段，以C＝∪
b∈B
C
b
表示IEEE 802.11be WiFi网络所有信道的集合，其中，C
b
表示频段b中的信道集合，AP j在频段b中所采用的信道c
j,b
从给定的信道集合C
b
中选取；每个信道可分为多个相互正交的资源单元RU，每个RU由k个数据子载波组成，k∈K＝{26,52,106,242,484,996
×
2,996
×
4}，AP可以为节点i分配一个或多个RU，分配给节点i的RU以集合RU
i
表示，不同节点可以采用不同的RU集合并发传输数据；当带宽为w MHz的信道中的RU被划分为m
w
个RU集合时，具有N个空间流的AP可以支持高达N
×
m
w
个节点同时发送或接收数据；AP j在频段b中所采用的发射功率p
j,b
从给定的功率集合P
b
中选取，其中TXOP、PIFS、SIFS、M
‑
BA和OFDMA
‑
BA分别表示传输机会、PCF帧间间隔、短帧间间隔、多节点块确认和OFDMA块确认。3.如权利要求1或2所述的基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用RWP移动模型来描述移动节点的运动模式，采用RWP模型的节点的运动过程如下：2.1.1)设定节点i的起始位置为(x
i
,y
i
)，目标位置为初始速度为v
i
，起始位置和目标位置在目标区域中随机选取，初始速度在区间[v
min
,v
max
]中随机选取；2.1.2)节点i以速度v
i
沿直线从位置(x
i
,y
i
)移动到位置2.1.3)节点到达位置之后，停留一段时间t
p
，t
p
在区间[t
min
,t
max
]中随机选取；2.1.4)用户在目标区域中随机选取一个位置(x
′
,y
′
)作为新的目标位置，并在区间[v
min
,v
max
]中随机选取一个速度v
′
作为新的速度，设置起始位置目
标位置以及速度v
i
＝v
′
，返回步骤2.1.2)。4.如权利要求1或2所述的基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法，其特征在于，所述步骤2)中，为了描述AP和节点之间的信号传播特性，采用如下路径损耗模型：其中，d是发送方和接收方之间的距离，单位为米，L
FS
(d)是自由空间中的路径损耗，单位为dB，d
BP
是发送方至分界点的距离，单位为米；若发送方和接收方之间的距离小于或等于d
BP
，则发送方和接收方之间的路径是LoS路径，即发送方和接收方之间无障碍物；若发送方和接收方之间的距离大于d
BP
，则发送方和接收方之间的路径是NLoS路径，即发送方和接收方之间存在障碍物，L
FS
(d)的表达式为：L
FS
(d)＝20log
10
(d)+20log
10
(f)
‑
147.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，f是频率，单位为Hz，f设置为频段的中心频率，SF是阴影衰落，单位为dB，SF服从以0为均值的对数
‑
正态分布，其分布函数为：其中，σ
SF
是阴影衰落的标准差；在d
BP
给定的前提下，发送方和接收方之间的路径损耗主要由d和f所确定，因此，L(d)可以重写为L(d,f
b
)，f
b
表示频段b的中心频率。5.如权利要求1或2所述的基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法，其特征在于，所述步骤2)中，确定网络的干扰模型，过程如下：2.3.1)相邻基本服务集之间的干扰根据路径损耗模型，有P
R
＝P
T
–
L(d,f
b
)，其中，P
R
是接收方的接收信号强度RSS，P
T
是发送方的发送功率，根据式(4)，发送方和接收方之间的距离为：以r
j
和γ
j
分别表示AP j或节点j的通信距离和干扰距离，如果P
R
＝θ
D
，则d＝r
j
；如果P
R
＝θ
I
，则d＝γ
j
，此处，θ
D
和θ
I
分别表示数据帧解码的阈值和干扰信号强度的阈值，θ
D
可以通过式β
SINR
＝θ
D
/(P
I
+P
noise
)获得；以STA x表示节点x，以STA y表示节点y，以d
i,x
表示AP i和STA x之间的距离，以d
j,y
表示AP j和STA y之间的距离，以γ
x
和γ
y
分别表示STA x和STA y的干扰距离，以l
i,x
表示AP i和STA x之间的链路；以l
j,y
表示AP j和STA y之间的链路；以S
b
(i)表示在频段b中与AP i相关联的节点的集合；以S
b
(j)表示在频段b中与AP j相关联的节点的集合，定义AP i和AP j在频段b中的干扰范围为：
如果AP i和AP j之间的距离小于或等于i≠j，且这两个AP所采用的信道相互重叠，则链路l
i,x
和l
j,y
相互干扰，在网络控制器的协调下，这两条链路需轮流使用信道以避免相互干扰；2.3.2)来自附近信号源的干扰采用SINR模型对来自附近信号源的干扰程度进行建模，SINR的定义如下：SINR ＝ P
R / (P
I + P
noise
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，P
R
表示接收方的RSS；P
I
表示来自附近信号源的总干扰信号强度；P
noise
表示热噪声功率；在设定的数据速率下，一个数据包若要成功被接收，则接收方的SINR需要大于或等于一个给定的阈值β
SINR
，在β
SINR
、P
I
和P
noise
给定的情况下，令P
R
＝θ
D
，通过式β
SINR
＝θ
D
/(P
I
+P
noise
)即可求得接收方数据帧正确解码的阈值θ
D
。6.如权利要求5所述的基于深度确定性策略梯度的IEEE 802.11be WiFi实时资源分配方法，其特征在于，所述步骤3)中，推导网络的吞吐率表达式，过程如下：3.1)节点的下行速率假设在频段b中的信道c
j,b
∈C
b
和功率p
j,b
∈P
b
被分配给AP j，根据路径损耗模型，节点i的RSS为p
j,b
‑
L(d
i,j
,f
b
)，其中，d
i,j
是节点i和AP j的距离，以K
c
表示信道c
j,b
中数据子载波的总数，那么，节点i在k
‑
tone RU中的平均RSS为k(p
j,b
‑
L(d
i,j
,f
b
))/K
c
，以表示节点i在k
‑
tone RU中的SINR，则：其中，k(P
I
+P
noise
)/K
c
是节点i在k
‑
tone RU中的总干扰功率加上热噪声功率的平均值，通过式(8)获得节点i在k
‑
tone RU中的比特率，单位为bps/Hz；其中，和是比特率和对应的SINR，是比特率和对应的SINR，是已知的，假设RU集合RU
i
被分配给节点i，则节点i的下行速率为：其中，W
sc
表示子载波的带宽，单位为Hz；3.2)节点的上行速率上行PPDU传输由触发帧调度，通过触发帧，AP可以指定节点i上行传输的目标RSS，以RSS
i
表示节点i在RU
i
中上行传输的目标RSS，则节点i在k
‑
tone RU中的上行目标RSS为
那么，节点i在k
‑
tone RU中的传输功率为：其中，f
k
表示k
‑
tone RU的中心频率，因此，节点i在RU
i
中的总传输中的总传输以表示AP j在k
‑
tone RU中的SINR，则：RU中的SINR，则：根据和的值确定节点的上行数据速率3.3)节点的吞吐率以S
b
(j)表示在频带b中与AP j关联的节点的集合，则在频带b中与AP j关联的节点个数为|S
b
(j)|，以N
b
表示AP j在频段b中的空间流数量，假设AP j的信道宽度为w且该信道被分为m
w
个RU集合，每个RU集合被N
b
个空间流共享，每次数据传输所支持的节点数量最多为N
b
×
m
w
，因此，AP j需要Y
j,b
次数据传输以完成一轮传输，即在每一轮传输中集合S
b
(j)中每个节点完成一次上行发送和一次下行接收，因此，得：以t
TF
，t
PIFS
，t
SIFS
，t
UL_PPDU
，t
M_MA
，t
DL_PPDU
和t
OFDMA_BA
表示触发帧、PIFS、SIFS、上行PPDU、M
‑
BA、下行PPDU以及OFDMA
‑
BA的持续时间，以T
UL
表示上行传输的时间，以T
DL
表示下行传输的时间，得到T
UL
＝t
PIFS
+t
TF
+2t
SIFS
+t
UL_PPDU
+t
M_BA
和T
DL
＝t
PIFS
+t
DL_PPDU
+t
SIFS
+t
OFDMA_MA
，以T
j,b
表示AP j在频段b中一轮传输的周期，则：T
j,b
＝(T
UL
+T
DL
)Y
j,b
ꢀꢀꢀ
(13)因此，节点i在AP j的频带b中的吞吐率为：式(14)中，分子表示在一轮传输中节点i所传输的总比特数；分母表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱树伟，曹蓉，周泽寻，董晓庆，苗利明，王会林，
申请(专利权)人：广东汕头幼儿师范高等专科学校，
类型：发明
国别省市：