異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中資源管理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是異構(gòu)無線 網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，綠色通信在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中也變得越來越重要。移動(dòng) 終端的功能越來越強(qiáng)大，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室笤礁?，同時(shí)移動(dòng)終端的能耗問題就越嚴(yán)重。 由于移動(dòng)終端電池技術(shù)的發(fā)展沒有跟上無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，終端能耗問題嚴(yán)重影響到用 戶的服務(wù)質(zhì)量。而且隨著移動(dòng)終端的使用時(shí)間的增長，移動(dòng)終端的能耗也是呈指數(shù)增長的。 因此，能量有效的上行通信是下一代移動(dòng)通信技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容之一，可以有效的延長移動(dòng) 終端的續(xù)航時(shí)間，并提高移動(dòng)終端的傳輸速率。同時(shí)，能量有效的上行通信可以減少對(duì)異構(gòu) 無線網(wǎng)絡(luò)中其他移動(dòng)終端的干擾。因此，在下一代移動(dòng)通信中，能量效率對(duì)于移動(dòng)終端而言 是非常重要的。
[0003] 異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的資源管理技術(shù)可以分為兩類：一類是單網(wǎng)接入的資源分配，另 一類是多宿主接入的資源分配。前者是異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端選擇最佳無線接入網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行通信，提升整個(gè)系統(tǒng)的性能。如在蜂窩網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的混合網(wǎng)絡(luò)中，針對(duì)彈性數(shù)據(jù)流 服務(wù)，可以根據(jù)負(fù)載均衡選擇合適的網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。后者則是異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端 可以同時(shí)接入多個(gè)無線接入網(wǎng)絡(luò)，充分利用各種無線接入技術(shù)的資源。如在異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò) 中，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，讓移動(dòng)終端選接入多個(gè)無線接入網(wǎng)絡(luò)來滿足業(yè)務(wù)需求，提升系統(tǒng) 的總吞吐量。
[0004] 現(xiàn)有的對(duì)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法大部分是以最大化系統(tǒng)的總吞吐量為目 標(biāo)，或是最小化系統(tǒng)的總功耗。只有很少的資源分配方法是提升異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中能量效率。 在傳統(tǒng)的單層網(wǎng)絡(luò)中，能量效率研宄較多，但是不能用于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)。一般是將無線接入 技術(shù)的帶寬固定，然后對(duì)發(fā)射功率資源進(jìn)行優(yōu)化，最優(yōu)化能量效率。這種固定帶寬資源的分 配方式會(huì)降低系統(tǒng)的性能。不同的移動(dòng)終端應(yīng)該自身的功耗和信道狀態(tài)而被分配不同的帶 寬資源，通過這種聯(lián)合分配帶寬資源和發(fā)射功率資源的方式，可以提升整個(gè)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò) 的上行總能量效率。同時(shí)，在資源分配問題中很重要的一點(diǎn)就是服務(wù)質(zhì)量保證，急需要滿足 用戶的傳輸速率需求。
[0005] 綜上所述，現(xiàn)有的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配方法不能有效的用于提升整個(gè)系統(tǒng)的 移動(dòng)終端的能量效率和。帶寬資源和功率資源的聯(lián)合分配也是很有必要，并且異構(gòu)無線網(wǎng) 絡(luò)中的移動(dòng)終端的能量效率和問題也沒有相關(guān)解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的多宿主接入資源分配，提出了一種基于用戶服務(wù)質(zhì)量 的最大化移動(dòng)終端能量效率和的資源分配方法。本發(fā)明可以充分利用系統(tǒng)中的無線接入技 術(shù)，將整個(gè)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中的無線資源進(jìn)行整合，然后有效的分配給移動(dòng)終端，進(jìn)行能量有 效的資源分配，在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量需求的同時(shí)，最大化上行通信中移動(dòng)終端的能量效率 和。本發(fā)明對(duì)無線接入技術(shù)的帶寬資源和移動(dòng)終端的功率資源進(jìn)行聯(lián)合分配，可以獲得更 高的能量效率。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配方法，包括如下步 驟：
[0008] 步驟1，初始化移動(dòng)終端的功率分配A ,，采用平均分配功率的方式：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，初始化移動(dòng)終端的功率分配九,《，采用平均分配功率的方式： P,"〃 = O 其中，A,,,表示第m個(gè)移動(dòng)終端分配給第η種無線接入技術(shù)的發(fā)射功率，€為第m個(gè)移 動(dòng)終端的最大發(fā)射功率，m = 1，2, ···，Μ,η = 1，2, "·，Ν，Μ表示移動(dòng)終端的總個(gè)數(shù)，N表示異 構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中無線接入技術(shù)的總種數(shù)；N種無線接入技術(shù)都工作在不同的頻帶，M個(gè)移動(dòng)終 端都具有同時(shí)接入多種無線接入技術(shù)的能力； 步驟2,將功率分配瓦"帶入能量有效的帶寬分配方法中，確定無線接入技術(shù)的能量有 效的最優(yōu)帶寬分配夂?; 步驟3,將能量有效的最優(yōu)帶寬分配帶入能量有效的功率分配方法中，分別確定每 個(gè)移動(dòng)終端的能量有效的最優(yōu)功率分配瓦； 步驟4,將步驟3得到的能量有效的最優(yōu)功率分配瓦,,、步驟2得到的能量有效的最優(yōu) 帶寬分配九"分別帶入下式中的Pmn、Xnm，計(jì)算出異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的能量效率和
其中，V表示第m個(gè)移動(dòng)終端的能量效率EE ; ε m表示第m個(gè)移動(dòng)終端的功放系數(shù)的 倒數(shù)，if表示第m個(gè)移動(dòng)終端的電路功耗，β n表示第η種無線接入技術(shù)的效率，g "表示第 η種無線接入技術(shù)與第m個(gè)移動(dòng)終端之間的信道增益；Xnm表示第m個(gè)移動(dòng)終端分配給第η 種無線接入技術(shù)的帶寬分配；Pmn表示第m個(gè)移動(dòng)終端分配給第η種無線接入技術(shù)的發(fā)射功 率； 步驟5,重復(fù)上述步驟2、步驟3以及步驟4,更新能量有效的最優(yōu)帶寬分配和能量有 效的最優(yōu)功率分配A,"，直到能量效率和
不再增加為止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配方法，其特征在于，所 述步驟2具體包括如下子步驟： 步驟2. 1 :初始化拉格朗日乘子μ n; 步驟2. 2 :利用步驟1中初始化的功率分配九"，通過次梯度法計(jì)算能量有效的帶寬分 配，表達(dá)式如下：
其中，k為迭代次數(shù)，X=表示第k+1次迭代時(shí)第η種無線接入技術(shù)分配給第m個(gè)移動(dòng) 終端的帶寬分配，表示第k次迭代時(shí)第η種無線接入技術(shù)分配給第m個(gè)移動(dòng)終端的帶寬 分配，Qci表示次梯度法的固定迭代步長，L為能量有效的帶寬分配問題對(duì)應(yīng)的拉格朗日函 數(shù)，m和η均為正整數(shù)，ε m表示第m個(gè)移動(dòng)終端的功放系數(shù)的倒數(shù)，表示第m個(gè)移動(dòng)終 端的電路功耗，β n表示第η種無線接入技術(shù)的效率，g "表示第η種無線接入技術(shù)與第m個(gè) 移動(dòng)終端之間的信道增益，[Z]+= max{z，0}，即符號(hào)[·]+表示取該符號(hào)中的值與O之間較 大者； 步驟2. 3:利用初始化的功率分配聲""和帶寬分配Xnm更新拉格朗日乘子λ JP μ n:
其中，\和α 2為固定迭代步長，匕表示第m個(gè)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率，Rm表示第 m個(gè) 移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率需求，Xn表示第η種無線接入技術(shù)的總帶寬資源；表示第k+Ι次迭 代中對(duì)應(yīng)于第m個(gè)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率約束的拉格朗日乘子，七表示第k次迭代中對(duì)應(yīng)于 第m個(gè)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率約束的拉格朗日乘子，< +1表示第k+Ι次迭代中對(duì)應(yīng)于第η種 無線接入技術(shù)的帶寬資源約束的拉格朗日乘子，￥表示第k次迭代中對(duì)應(yīng)于第η種無線接 入技術(shù)的帶寬資源約束的拉格朗日乘子； 步驟2. 4 :帶寬分配Xmn沒有收斂或未達(dá)到最大迭代次數(shù)，則轉(zhuǎn)至步驟2. 2繼續(xù)迭代，否 貝IJ，轉(zhuǎn)至步驟2. 5 ; 步驟2. 5 :結(jié)束迭代，將迭代結(jié)束時(shí)的帶寬分配Xnm作為第m個(gè)移動(dòng)終端分配給第η種 無線接入技術(shù)的能量有效的最優(yōu)帶寬分配I?，其中，所述最優(yōu)帶寬分配是指：使上行通信 中的能量效率和最大的帶寬分配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配方法，其特征在于，所 述步驟3具體包括如下步驟： 步驟3.1:初始化能效參量η ; 步驟3. 2 :初始化拉格朗日乘子V JP ω m，功率分配/4，/4表示第〇次迭代時(shí)第m個(gè) 移動(dòng)終端分配給第η種無線接入技術(shù)的發(fā)射功率； 步驟3. 3 :利用步驟2確定的能量有效的最優(yōu)帶寬分配，計(jì)算功率分配Pmn, Pmn表示 第m個(gè)移動(dòng)終端分配給第η種無線接入技術(shù)的發(fā)射功率：
其中，Vm表示對(duì)應(yīng)于第m個(gè)移動(dòng)終端速率約束的拉格朗日乘子，ω m表示對(duì)應(yīng)于第m個(gè) 移動(dòng)終端發(fā)射功率約束的拉格朗日乘子，ε 表示第m個(gè)移動(dòng)終端的放大系數(shù)的倒數(shù)，g m表 示第m個(gè)移動(dòng)終端與第η種無線接入技術(shù)之間的信道增益，η表示能效參量； 步驟3.4 :利用計(jì)算出的功率分配pmn和確定的能量有效的最優(yōu)帶寬分配?更新拉格 朗日乘子V ^和ω "
其中，α#Ρ α 4為固定迭代步長，匕表示第m個(gè)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率，Rm表示第m個(gè)移 動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率需求，表示第m個(gè)移動(dòng)終端的總發(fā)射功率；<+1表示第k+Ι次迭代中 對(duì)應(yīng)于第m個(gè)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率約束的拉格朗日乘子，< 表示第k次迭代中對(duì)應(yīng)于第m 個(gè)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)速率約束的拉格朗日乘子，<+1表示第k+Ι次迭代中對(duì)應(yīng)于第η種無線 接入技術(shù)的發(fā)射功率約束的拉格朗日乘子表示第k次迭代中對(duì)應(yīng)于第η種無線接入技 術(shù)的發(fā)射功率約束的拉格朗日乘子； 步驟3. 5 :功率分配pmn沒有收斂或者沒有達(dá)到最大迭代次數(shù)，則轉(zhuǎn)至步驟3. 3繼續(xù)迭 代；否則，轉(zhuǎn)至步驟3. 6; 步驟3. 6:計(jì)算參量最優(yōu)化問題的最優(yōu)值E(Ii):
其中，t表示第m個(gè)移動(dòng)終端所得到的傳輸速率，Pm表示第m個(gè)移動(dòng)終端的總功率； 步驟3. 7 :更新能效參量η :
步驟3. 8 :如果參量最優(yōu)化問題的最優(yōu)值E (τι)不為0,則轉(zhuǎn)至步驟3. 2 ;否則，轉(zhuǎn)至步 驟 3. 9 ; 步驟3. 9 :將瓦n的值更新為此時(shí)的功率分配ρ"(即迭代得到的pmn)，得到第m個(gè)移動(dòng) 終端分配給第η種無線接入技術(shù)的能量有效的最優(yōu)功率分配A "。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中能量有效的資源分配方法，包括步驟：初始化移動(dòng)終端的功率分配；確定無線接入技術(shù)的能量有效的帶寬資源分配；分別確定每個(gè)移動(dòng)終端的能量有效的功率資源分配；對(duì)移動(dòng)終端發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算能量效率和；重復(fù)上述步驟，直到異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的能量效率和的值最大。本發(fā)明首先計(jì)算出能量有效的帶寬資源分配，再根據(jù)帶寬資源分配確定能量有效的功率資源分配，使每次資源分配之后異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的能量效率和的值增加，然后重復(fù)上述步驟，直到能量效率和的值收斂，最后得到能量有效的帶寬資源和功率資源的聯(lián)合分配，從而提升整個(gè)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的上行能量效率。
【IPC分類】H04W72-04
【公開號(hào)】CN104869646
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510225244
【發(fā)明人】鄒經(jīng)緯, 何晨, 蔣鈴鴿
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日