一种智能家居中用户终端协同和功率分配方法与流程

本发明涉及通讯技术领域，更具体地，涉及一种智能家居中用户终端协同和功率分配方法。

背景技术：

智能家居又称智能住宅，是以住宅为平台，安装有智能家居系统的居住环境，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成。通俗地说，它是一种高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统。在智能家居控制系统中，采用无线网络技术可以解决有线网络布线麻烦，网络节点多，使用电缆数量庞大等问题，更符合家庭网络简洁性、灵活性、模块化、扩展性及独立性的通信特点，将无线网络技术应用于家庭网络已经成为主流趋势。

现在网络中各个节点之间的并行传输机会不够充分使用，智能家居网络的容量不足，究其根本是缺少一种新的用户协同和功率分配机制。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的并行传输机会利用不足的问题，提供一种智能家居中用户协同和功率分配方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种智能家居中用户终端协同和功率分配方法，包括以下步骤：

S1.计算用户终端i和智能设备j之间的功率增益；

S2.计算用户终端i和智能设备j之间的信号与干扰加噪声比；

S3.计算用户终端i和智能设备j之间的可获得速率；

S4.计算网络效用函数；

S5.计算用户终端i和智能设备j之间的最佳协同数目；

S6.计算用户终端i最小发射功率。

优选地，所述步骤S1为了计算代表用户终端i和智能设备j之间的功率增益的gij，采用以下公式：

其中为用户终端i和智能设备j之间的传输天线增益，为用户终端i和智能设备j之间的接受天线增益，为波长，dij为用户终端i和智能设备j之间的相隔距离，d0为基准距离，η为路损参数(η∈[2，6])。

优选地，所述步骤S2为了计算用户终端i和智能设备j之间的信号与干扰加噪声比，采用以下公式：

其中SINRij为用户终端i和智能设备j之间的信号与干扰加噪声比，pij是用户终端i和智能设备j之间的传输功率，W定义为系统带宽，σ²为加性高斯白噪声。

优选地，所述步骤S3为了计算用户终端i和智能设备j之间的速率，利用香农公式：

其中Cij为用户终端i和智能设备j之间的速率，Kj是与智能设备j相协同的用户终端的总数，SINRij是信号与干扰白噪声比，因此每个用户终端可以接收可用的总频带的1/Kj。

优选地，所述步骤S4通过用户终端i和智能设备j之间的速率Cij和功耗计算出网络效用函数，采用以下公式：

其中D表示系统总网络效用，Cij为用户终端i和智能设备j之间的速率，为了简化构建函数的复杂性，使用log(吞吐量)/功耗作为网络效用函数；基于log函数的特点，当使用log(吞吐量)/功耗定义协同规则时，将更多的智能家居中用户与智能设备相协同；由此，可实现系统的负载平衡和能源效率。

优选地，所述步骤S5为了计算用户终端i和智能设备j之间的最佳协同数目，通过拉格朗日对偶分解，采用以下公式：

其中Kj代表最佳协同方案，用于计算与智能设备j协同的用户终端i的数目，μ表示拉格朗日乘子。

优选地，所述步骤S6为了计算可得到的用户终端i最小发射功率，采用以下公式：

其中表示用户最小发射功率，gij为用户终端i和智能设备j之间的功率增益，Ii，j表示智能设备之间干扰的最大值，Rt表示用户最低的Qos需求。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过研究基于智能家居通信系统中的用户协同和功率分配，综合考虑了负载平衡约束，能量收集，用户质量服务(QoS)要求以及能源效率，得出用户终端和智能设备之间的最佳协同数目和用户终端的最小发射功率，使通信系统中的智能设备调整与之协同的用户终端数目；用户终端根据通信系统的实际情况，在必要时提高发射功率，增强用户终端与智能设备之间的信号强度，提高了多设备并行传输机会的效率，增加了智能家居网络的容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种智能家居中用户终端协同和功率分配方法示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

一种智能家居中用户终端协同和功率分配方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1.计算用户终端i和智能设备j之间的功率增益；

S2.计算用户终端i和智能设备j之间的信号与干扰加噪声比；

S3.计算用户终端i和智能设备j之间的可获得速率；

S4.计算网络效用函数；

S5.计算用户终端i和智能设备j之间的最佳协同数目；

S6.计算用户终端i最小发射功率。

在本实施例中，步骤S1为了计算代表用户终端i和智能设备j之间的功率增益的参数gij，采用以下公式：

其中为用户终端i和智能设备j之间的传输天线增益，为用户终端i和智能设备j之间的接受天线增益，为波长，dij为用户终端i和智能设备j之间的相隔距离，d0为基准距离，η为路损参数(η∈[2，6])。

在本实施例中，步骤S2为了计算用户终端i和智能设备j之间的信号与干扰加噪声比，采用以下公式：

其中SINRij为用户终端i和智能设备j之间的信号与干扰加噪声比，pij是用户终端i和智能设备j之间的传输功率，W定义为系统带宽，σ²为加性高斯白噪声。

在本实施例中，步骤S3为了计算用户终端i和智能设备j之间的速率，利用香农公式：

其中Cij为用户终端i和智能设备j之间的速率，Kj是与智能设备j相协同的用户终端的总数，SINRij是信号与干扰白噪声比，因此每个用户终端可以接收可用的总频带的1/Kj。

在本实施例中，步骤S4通过用户终端i和智能设备j之间的速率Cij和功耗计算出网络效用函数，采用以下公式：

其中D表示系统总网络效用，Cij为用户终端i和智能设备j之间的速率，为了简化构建函数的复杂性，使用log(吞吐量)/功耗作为网络效用函数；基于log函数的特点，当使用log(吞吐量)/功耗定义协同规则时，将更多的智能家居中用户与智能设备相协同；由此，可实现系统的负载平衡和能源效率。

在本实施例中，步骤S5为了计算用户终端i和智能设备j之间的最佳协同数目，通过拉格朗日对偶分解，采用以下公式：

其中Kj代表最佳协同方案，用于计算与智能设备j协同的用户终端i的数目，μ表示拉格朗日乘子。

在本实施例中，步骤S6为了计算可得到的用户终端i最小发射功率，采用以下公式：

其中表示用户最小发射功率，gij为用户终端i和智能设备j之间的功率增益，Ii，j表示智能设备之间干扰的最大值，Rt表示用户最低的Qos需求。通过更

新发射功率变量，净功耗值也发生变化。由此，通过控制功率变量可影响用户协同方案。通过更新功率控制公式来达到收敛，通信系统就会达到接近最佳的负载平衡状态。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。