專利名稱：基于用戶滿意度的ofdma-wlan系統(tǒng)下行資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種OFDMA-WLAN系統(tǒng)下行資源分配方法。
背景技術(shù)：
無線局域網(wǎng)(Wireless local area networks, WLAN)是一種靈活、便捷的可調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，在熱點(diǎn)地區(qū)十分有效。IEEE 802.11工作組一直致力于制定高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腤LAN標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)草案和一些研究文獻(xiàn)中提出將正交頻分多址接入(Orthogonal frequencydivision multiple access, 0FDMA)技術(shù)引入無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),并衍生相應(yīng)的媒體接入技術(shù)，以提高局域網(wǎng)的吞吐量。OFDMA技術(shù)一直被大量應(yīng)用于頻率分配方法中，IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)和毫微微蜂窩(femtocell)系統(tǒng)也利用OFDMA技術(shù)開發(fā)多用戶增益以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高容量。同時(shí)，OFDMA也是第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)的下行通信核心技術(shù)之一。也有很多研究將認(rèn)知無線電技術(shù)與OFDMA技術(shù)相結(jié)合，通過資源管理使從用戶在不干擾主用戶通信的條件下共享授權(quán)頻譜。但是，大多數(shù)的研究文獻(xiàn)在研究資源分配算法時(shí)只以最大化系統(tǒng)吞吐為目標(biāo)，忽略了用戶服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)需求的保證?；赒oS保障的資源管理是網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化管理和協(xié)作接入網(wǎng)絡(luò)的重要研究方面，在資源分配時(shí)如果只考慮吞吐量而忽略用戶的QoS要求，則有可能出現(xiàn)資源被浪費(fèi)的情況。即有可能出現(xiàn):不需要很多傳輸資源的用戶被分配了較好的傳輸資源，而需要較多傳輸資源的用戶卻得不到有效的資源分配，多次重傳導(dǎo)致資源消耗和浪費(fèi)。為了實(shí)現(xiàn)公平有效的高速傳輸，好的信道應(yīng)該被分配給傳輸資源渴求度高的用戶。通常傳輸速率的最優(yōu)化會帶來不公平的傳輸或不滿意的QoS，而追求公平性和QoS保障會降低一定的吞吐量，如何找到解決難題的折中點(diǎn)是一個(gè)需要研究的問題，為此本發(fā)明給出了一種OFDMA-WLAN系統(tǒng)的資源分配方法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:一種基于用戶滿意度的OFDMA-WLAN通信系統(tǒng)中資源分配方法，根據(jù)收集的信道通信質(zhì)量信息和每個(gè)用戶不同的業(yè)務(wù)需求，以最大化用戶滿意等級為目標(biāo)，動態(tài)分配信道和發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，提高用戶對傳輸服務(wù)的滿意度以及資源利用的有效性和公平性。技術(shù)方案:一種基于用戶滿意度的OFDMA-WLAN系統(tǒng)下行資源分配方法，包括如下步驟:(I)接入點(diǎn)AP收集信道通信質(zhì)量:接入點(diǎn)AP收集頻譜狀態(tài)信息，可用頻譜被劃分為多個(gè)子信道，獲知每個(gè)子信道的通信質(zhì)量；分析結(jié)果作為輸入?yún)?shù)輸出給資源分配過程
(5)；(2)多業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一需求度量:每個(gè)用戶將自己的不同業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的度量單位，并將度量最大的QoS需求發(fā)送給接入點(diǎn)AP ；(3)確定用戶優(yōu)先級:接入點(diǎn)AP收到所有用戶的需求后，再次根據(jù)度量大小對用戶進(jìn)行需求優(yōu)先級排序，對優(yōu)先級高的用戶優(yōu)先分配信道；(4)將所有用戶區(qū)分為實(shí)時(shí)用戶和非實(shí)時(shí)用戶，以不同的分配準(zhǔn)則優(yōu)化分配可用信道資源；(5)資源分配過程，包括分配信道和功率:當(dāng)接入點(diǎn)AP收到多個(gè)用戶的業(yè)務(wù)需求，要計(jì)算可滿足的需求與用戶實(shí)際需求的比值，根據(jù)信道通信質(zhì)量，以最大化用戶的滿意等級為目標(biāo)，對每個(gè)用戶進(jìn)行信道分配；分配信道后，利用基于注水法的功率分配算法對每個(gè)信道進(jìn)行功率分配。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:本發(fā)明提出了 OFDMA-WLAN系統(tǒng)中一種資源分配方法，其優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)可用信道通信質(zhì)量，以最大化用戶滿意等級為目標(biāo)，將不同業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的業(yè)務(wù)需求度量，優(yōu)化信道分配和發(fā)射功率分配，有效提高用戶對傳輸?shù)臐M意程度，實(shí)現(xiàn)公平的高數(shù)據(jù)速率傳輸，有效利用資源。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的資源分配信息流框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的多業(yè)務(wù)QoS需求轉(zhuǎn)換信息流框圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的信道分配示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。在OFDMA-WLAN系統(tǒng)中，下行鏈路的資源管理過程在接入點(diǎn)(Access point, AP)中完成。每個(gè)分配時(shí)隙內(nèi)都要進(jìn)行分配決定，信道感知、業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換和優(yōu)先級排序都必須在每次資源分配前完成。信道感知信息、業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換信息、用戶優(yōu)先級信息在每次資源分配期間保持不變。AP具有認(rèn)知能力，根據(jù)信道狀態(tài)和每個(gè)用戶不同的業(yè)務(wù)需求，資源分配過程以最大化用戶的滿意度等級為目標(biāo)，為下行鏈路通信分配合適的頻譜帶寬和發(fā)射功率。該方法在優(yōu)先滿足用戶需求的前提下支持公平的高數(shù)據(jù)速率傳輸。資源分配過程主要包括5個(gè)步驟:(I)每次進(jìn)行資源分配前，AP收集頻譜狀態(tài)信息，獲知每個(gè)子信道的通信質(zhì)量。每次進(jìn)行資源分配之前，AP必須進(jìn)行頻譜感知，確認(rèn)通信覆蓋范圍內(nèi)共享頻譜的載頻使用情況，單小區(qū)內(nèi)可以是獨(dú)立感知，多小區(qū)之間則進(jìn)行協(xié)作感知。同時(shí)根據(jù)用戶的信道狀態(tài)反饋信息(channel state information, CSI),綜合推斷信道的通信質(zhì)量；(2)每個(gè)用戶將自己的不同業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的度量單位，并將度量最大的業(yè)務(wù)需求告知AP ； (3) AP收到所有用戶的需求后，再次根據(jù)度量大小對用戶進(jìn)行需求優(yōu)先級排序，對優(yōu)先級高的用戶優(yōu)先分配信道；(4)將所有用戶區(qū)分為實(shí)時(shí)用戶和非實(shí)時(shí)用戶，以不同的分配準(zhǔn)則優(yōu)化分配可用信道資源；(5)分配信道后，利用基于注水法的功率分配算法對每個(gè)信道進(jìn)行功率分配。如圖1所示，基于用戶滿意度的OFDMA-WLAN系統(tǒng)下行資源分配方法包括以下步驟:(I)接入點(diǎn)AP收集信道通信質(zhì)量:可用頻譜被劃分為多個(gè)子信道，具有認(rèn)知能力的接入點(diǎn)AP在接收端包含感知設(shè)備，結(jié)合感知結(jié)果和用戶反饋信息分析判斷信道的通信能力。分析結(jié)果作為輸入?yún)?shù)輸出給資源分配過程(5)；(2)多業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一需求度量:多個(gè)用戶的多種業(yè)務(wù)需求被轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的業(yè)務(wù)需求度量，每個(gè)用戶的統(tǒng)一需求中度量最大的QoS需求作為輸入?yún)?shù)應(yīng)用于資源分配過程；(3)確定用戶優(yōu)先級:在資源分配前，接入點(diǎn)AP收到所有用戶的需求后，再次根據(jù)度量大小對用戶設(shè)定資源分配優(yōu)先級，優(yōu)先級高的用戶享有使用高質(zhì)量信道的優(yōu)先權(quán)；(4)將所有用戶區(qū)分為實(shí)時(shí)用戶和非實(shí)時(shí)用戶，以不同的分配準(zhǔn)則優(yōu)化分配可用信道資源；(5)資源分配過程，包括分配信道和功率:當(dāng)接入點(diǎn)AP收到多個(gè)用戶的業(yè)務(wù)需求，根據(jù)信道通信質(zhì)量，以最大化 用戶滿意等級為目標(biāo)，對每個(gè)用戶進(jìn)行信道分配；分配信道后，利用基于注水法的功率分配算法對每個(gè)信道進(jìn)行功率分配。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的多業(yè)務(wù)QoS需求轉(zhuǎn)換信息流框圖，假設(shè)共有M個(gè)用戶、N種業(yè)務(wù)，％表示第i個(gè)用戶第j種業(yè)務(wù)的QoS需求，Qi是轉(zhuǎn)換后統(tǒng)一的一種業(yè)務(wù)的QoS需求。只要找到一個(gè)轉(zhuǎn)換函數(shù)F，就可以將不同業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為同一種業(yè)務(wù)需求，便于統(tǒng)一資源分配。不同用戶轉(zhuǎn)換后的業(yè)務(wù)需求又被按照降序排列，需求渴求度最高的用戶享有資源分配的優(yōu)先權(quán)。具體過程可以包括以下內(nèi)容:(I)確認(rèn)每種QoS需求的最低要求，如時(shí)延限制、帶寬限制、最低傳輸速率限制、誤
碼率門限。(2)根據(jù)以下公式(I)、(2)、(3)，將不同的QoS最低要求轉(zhuǎn)換為對傳輸速率的最低要求:r誤碼率=;!^(丫誤碼率)(I)r 時(shí)延=f2(Y 時(shí)延)(2)r速率=f3 ( Y速率)⑶此時(shí)用戶i的不同業(yè)務(wù)QoS要求轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的業(yè)務(wù)需求，比較各個(gè)需求的大小，選擇最大需求作為資源申請的內(nèi)容Qi，告知AP。⑶AP收到每個(gè)用戶的業(yè)務(wù)需求信息后，按照由大到小的順序降序排列，得到資源分配的優(yōu)先順序。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的信道分配示意圖，當(dāng)AP收到多個(gè)用戶的業(yè)務(wù)需求，根據(jù)信道通信質(zhì)量，以最大化用戶的滿意等級為目標(biāo)，對每個(gè)用戶進(jìn)行信道分配。對不同類型的用戶采用不同的分配準(zhǔn)則。用戶滿意等級定義為分配信道可滿足的需求與用戶實(shí)際需求的比值:
m 分配的信道可滿足的需求總和用戶_思—、J.級=-用戶業(yè)務(wù)需求β-AP優(yōu)先對業(yè)務(wù)需求渴求度最大的用戶，也就是需求度量最大的用戶分配信道。該用戶不僅可以得到信道質(zhì)量較好的信道，還能優(yōu)先被分配一定數(shù)量的信道。信道的質(zhì)量和數(shù)量是根據(jù)信道是否能夠滿足用戶的業(yè)務(wù)需求來選擇的。用戶滿意等級為1，表示資源分配的結(jié)果至少滿足了用戶的最低需求。不同類型的用戶，對滿足需求的滿意程度不同。對實(shí)時(shí)用戶來說，其對時(shí)延性能最為敏感，主要的業(yè)務(wù)需求是在時(shí)延門限內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。滿意等級等于I表示被分配的資源可以在時(shí)延門限內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸；如果滿意等級超過1，仍然表示被分配的資源可以在時(shí)延門限內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸。因此對于實(shí)時(shí)用戶來說，滿意等級超過I并不能提高其對傳輸服務(wù)的滿意程度，對實(shí)時(shí)用戶進(jìn)行資源分配時(shí)，滿意等級等于I時(shí)就可以結(jié)束資源分配過程。也就是說，對于實(shí)時(shí)用戶，滿意等級I是最大滿意等級。另一方面，對于非實(shí)時(shí)用戶來說，對時(shí)延要求不敏感，反而高吞吐量是主要的追求目標(biāo)。因此非實(shí)時(shí)用戶的滿意等級等于I，只能滿足其最低需求；越聞的滿意等級意味著更高的傳輸速率，所以對追求高速率的非實(shí)時(shí)用戶來說，滿意等級越高越好。信道分配準(zhǔn)則具體內(nèi)容如下:對于實(shí)時(shí)用戶，AP選擇滿足滿意等級趨近于I的信道分配給實(shí)時(shí)用戶，當(dāng)滿意等級等于I后，不再分配信道；對于非實(shí)時(shí)用戶，AP選擇能夠最大程度上滿足用戶需求的信道分配給非實(shí)時(shí)用戶，當(dāng)沒有可用信道分配時(shí)停止信道分配過程。信道分配過程結(jié)束后，為了在質(zhì)量較低的信道上仍然可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)傳輸，對每個(gè)分配后的信道再進(jìn)行功率分配。功率分配方法以傳統(tǒng)注水法為基礎(chǔ)，在總功率受限的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求、分配的信道和信道狀態(tài)調(diào)節(jié)該信道上的發(fā)射功率。發(fā)射功率可以表示為以上幾個(gè)參數(shù)的函數(shù):發(fā)射功率=g[(信道分配結(jié)果，用戶業(yè)務(wù)需求，信道狀態(tài))I總功率受限]上述實(shí)施系統(tǒng)和方法可以應(yīng)用于采用任何感知手段、業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換方法、滿意等級定義方法和用戶優(yōu)先級排序方法的OFDMA-WLAN系統(tǒng)資源分配過程。
權(quán)利要求
1.一種基于用戶滿意度的OFDMA-WLAN系統(tǒng)下行資源分配方法，其特征在于，包括如下步驟: (O接入點(diǎn)AP收集信道通信質(zhì)量:接入點(diǎn)AP收集頻譜狀態(tài)信息，可用頻譜被劃分為多個(gè)子信道，獲知每個(gè)子信道的通信質(zhì)量；分析結(jié)果作為輸入?yún)?shù)輸出給資源分配過程(5)； (2)多業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一需求度量:多個(gè)用戶的多種業(yè)務(wù)需求被轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的業(yè)務(wù)需求度量，并將度量最大的QoS需求發(fā)送給接入點(diǎn)AP ； (3)確定用戶優(yōu)先級:接入點(diǎn)AP收到所有用戶的需求后，再次根據(jù)度量大小對用戶進(jìn)行需求優(yōu)先級排序，對優(yōu)先級高的用戶優(yōu)先分配信道； (4)將所有用戶區(qū)分為實(shí)時(shí)用戶和非實(shí)時(shí)用戶，以不同的分配準(zhǔn)則優(yōu)化分配可用信道資源； (5)資源分配過程，包括分配信道和功率:當(dāng)接入點(diǎn)AP收到多個(gè)用戶的業(yè)務(wù)需求，根據(jù)信道通信質(zhì)量，以最大化用戶滿意等級為目標(biāo)，對每個(gè)用戶進(jìn)行信道分配；分配信道后，利用基于注水法的功率分配算法對每個(gè)信道進(jìn)行功率分配。
2.如權(quán)利要求1所述的基于用戶滿意度的OFDMA-WLAN系統(tǒng)下行資源分配方法，其特征在于，所述用戶滿意等級定義為分配信道可滿足的需求與用戶業(yè)務(wù)需求的比值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于用戶滿意度的OFDMA-WLAN系統(tǒng)下行資源分配方法，所述方法包括如下步驟(1)接入點(diǎn)AP收集信道通信質(zhì)量；(2)多業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一需求度量；(3)確定用戶優(yōu)先級；(4)將所有用戶區(qū)分為實(shí)時(shí)用戶和非實(shí)時(shí)用戶，以不同的分配準(zhǔn)則優(yōu)化分配可用信道資源；(5)分配資源，包括分配信道和功率。本發(fā)明以最大化用戶的滿意度等級為目標(biāo)，為下行鏈路通信分配合適的頻譜帶寬和發(fā)射功率，在優(yōu)先滿足用戶需求的前提下支持公平的高數(shù)據(jù)速率傳輸。
文檔編號H04W72/08GK103079278SQ201310048350
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者夏瑋瑋, 鮑楠, 沈連豐, 李俊超, 陳賡 申請人:東南大學(xué), 南京東大移動互聯(lián)技術(shù)有限公司