一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入和功率联合调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蜂窝网络领域，尤其是一种基于分组交换的用户接入功率联合调度方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着移动设备的不断发展，所需的移动数据流量也不断增长。因此，运营 商们必须寻求更好的方法来满足用户需求。把用户的流量卸载到基站上将会是一种比较有 前景的方法。这种数据的分流带来的好处主要有两方面。首先，从用户的角度来看，被这些 小基站服务所花费的费用相比打基站来说要小得多。同时，由于这些小基站离用户比较近， 所以用户进行通信时所消耗的功率也比较小。另一方面，从运营商的角度来看，将部分用户 的流量卸载到小基站上能够有效地减轻流量的拥塞；同时也避免了部署更多的昂贵的大型 基站。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术中由于接入同一个AP的用户间存在相互干扰，导致用户间的发 射功率是耦合在一起的，因此要求出最优的用户接入和功率分配是比较困难的不足，本发 明提供一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入功率联合调度方法，基于模拟退 火算法用户接入方法来寻找较优的用户接入，每个AP都将分摊管理用户的任务，在提高系 统的效率同时还能够快速并且有效地找到最优的用户接入同时确定用户的功率分配。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入和功率联合调度方法，其特征 在于:所述联合调度方法包括如下步骤：
[0006] (1)在实际的通信网络中，假设存在着I个移动用户，由他健贼的集合为：7 = {1,…?,…I}， 其中i表示用户i ;有Κ个ΑΡ，他们组成了集合沉二{1, ·· · k, ·· _尺}*其中k表示AP k;同时存在 着一个基站，用于设备自身硬件的限制，用户只能通过选择接入某一个AP或者基站来进行 通信，从而获得他们所预期的吞吐量当用户i接入AP k时，在给定发射功率plk的情况 下，用户i获得的吞吐量为
当用户i接入基站
时，在给定发射功率plB的情况下，获得的吞吐量
[0007] 其中：
[0008] aik表示用户i有无接入AP k的指标，aik=l表示用户i被选择接入，反之aik = 〇表示 用户i不被选来接入AP k;
[0009] aiB表示用户i有无接入基站的指标，aiB = 1表示用户i被选择接入基站;反之aiB = 0 表示用户i不被选择接入基站；
[0010] Wk表示AP k信道上的带宽；
[0011] WB:表示基站信道上的带宽；
[0012] nk:表示AP k信道上的背景噪声功率；
[0013] nB:表示基站信道上的背景噪声功率 [0014] gik:表示用户i到AP k的信道增益；
[0015] glB:表示用户i到基站的信道增益；
[0016] pik:表示用户i到AP k的发射功率；
[0017] piB:表示用户i到基站的发射功率；
[0018] (2莊实涵勺_各场景九对每个用;货卜定义一媪表- Pa - ， 势表示用户接入基站时，基站对他的收的费用;项表示当用户接入ΑΡ ω寸，AP欣m收取的费用，针对 用户的效益函数，对这个通信网络进行最大化系统效益max & (?) + fSUb (i%}iE3,tex)，4(?) 为所有接入AP k的用户所产生的总收益，其中，?为每个AP k所接入的所有用户集合， Fsub 故)为不接任何AP的所有用户所产生的总收益，从效益函数可知，它只与 {aifc}ie_U，e；?H丨关，…旦{aifc}ie:/,fce;?C给定，效益函数值也能够求得；
[0019] (3)对于(2)中所述的效益函数，用户i接入AP k所发射的功率pik由{叫^災表 示，且当用户吞吐量给定时，由用户吞吐量的表达式推导出：
[0024]根据所述限制条件CjPC2,同时结合(2)中所给的目标函数，选择用户接入方式来 最大化整个系统的效益，步骤如下：
[0025]步骤2· 1:初始化定乂用户集合变量A =…==0，.? =_ 7，表不不接任 何AP的用户，定义CFfe = 4(?)表示在接入AP k的用户上产生的总收益，CF〇 = &仙(％) 表示在接入基站的用户上产生的收益，(]V二_f C70表示当前的总收益，CBV为 当前最优收益，CBS为当前最优解;
[0026] 步骤2.2:基站初始化温度值t，外循环结束的条件T和内循环的迭代次数L，并初始 化变量内循环计数变量η = 1，外循环计数变量acct = 0;
[0027] 步骤2.3:基站随机挑选两个4?，并用4?1^故?1^表示；
[0028] 步骤2.4:AP k从已接入自己的用户集合％挑选出一个用户i，APV从已接入自己 的用户集合中挑选出一个用户j;
[0029] 步骤2.5:AP k和APV交换他们选出的用户i和用户j，并且APk更新对应的 而=八 u {/}\(〖}和Apk'对应的％，二 ％，U
[0030] 步骤2.6:检验知和乂,是否都符合限制条件&，C2，若不符合，则设置接受标志变量 accept = 0,并且跳到步骤2.13,否则继续执行步骤2.7;
[0031] 步骤2 · 7 :APk计算用户交换后的收益差1^(?) - α\,当k = 0时， %= F. M-CV0,
[0032] 步骤2.8:APk'计算用户交换后的收益差4办=一 Cl^,,
[0033] 步骤2.9:求出总的收益差Δ = Ak+Ak，；
[0034] 步骤2 · 11:若Δ >〇，设置接受标志变量accept = 1，并跳到步骤2 · 13;否则生成一个 服从0~1均匀分布的随机数β，并且继续执行步骤2.12;
[0035] 步骤2.12:比较j和β的大小，若设置接受标志变量accept = 1;否则，设 置接受标志变量accept = 0;
[0036] 步骤2. 13:如果接受标志变量accept = l，执行步骤2.14;如果接受标志变量 accept = 0,跳到步骤2.17继续执行；
[0037] 步骤2.14:AP k更新更新CVfe,二1^,(Jfc,)，若k = 0时，则基站更 新 CV0=f;ub(J0);
[0038] 步骤2.15:基站更新(^=(^+八，并重置外循环计数变量￡1(^ = 0;
[0039] 步骤2.16:基站判断条件〇/)<现是否成立，若成立则基站更新€3￥=(：￥，(168=(/ 0,{4},/^芄),： 跳51」步骤2.19;
[0040] 步骤2· 17 :AP k将用户集合％恢复到未交换前的状态:八二八U 将 用户集合知，恢复到未交换前的状态:％,=及，U
[0041 ] 步骤2.18:基站更新外循环计数变量acct = acct+l;
[0042] 步骤2.19:基站更新内循环计数变量n = n+l;
[0043] 步骤2.20:若内循环计数变量n〈L，则跳到步骤2.3;
[0044] 步骤2.21:重置内循环计数变量n = l;
[0045] 步骤2.22:更新温度参数七=料比
[0046] 步骤2.23:若外循环计数变量acct>T，整个算法结束，并且输出最优解CBS，否则跳 到步骤2.3继续执行。
[0047] 本发明的构思技术为:将用户流量卸载到AP是一种能够减羟基站压力同时提高系 统效益和效率的方法，因为每个AP都将分摊管理用户的任务。但是由于接入同一个AP的用 户间存在相互干扰，在给定用户需求的情况下每个用户之间的功率都是耦合在一起的。因 此要求得满足系统效益最大化的用户接入和用户功率分配是比较困难的。针对耦合的用户 功率，由于在给定的用户接入时，用户的功率是可以求得的。因此我们设计了一种基于模拟 退火算法的用户接入选择法:首先将基站的所承担的管理用户的任务摊分给多个AP，由AP 来管理介入他们的用户。然后由基站收集所有AP的信息，从而选取较好的用户接入方式作 为当前用户的接入选择。
[0048]本发明的有益效果为:每个AP都将分摊管理用户的任务，在提高系统的效率同时 还能够快速并且有效地找到最优的用户接入同时确定用户的功率分配。
【附图说明】
[0049] 图1是蜂窝网络中利用用户联合接入和功率分配来优化移动数据卸载的示意图。
【具体实施方式】
[0050] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0051] 参照图1，一种蜂窝流量卸载网络中基于分组交换的用户接入和功率联合调度方 法，用户可以通过AP或者BS进行通信从而满足他们各自的吞吐量需求。同时每个AP各自管 理已接入的用户，相较于所有用户都从基站获取数据的传输，由于AP分摊了管理用户的任 务，这种方式将会提高系统的整体效益和效率。同时接入同一个AP的用户之间会存在干扰， 当较多用户接入同一个AP时，该AP下的用户功率将会极大地提高，有可能超过用户给定的 最大发射功率。因此用户的接入选择问题必须受到重视。然而用户的接入选择会随着用户 数量的增多而变得非常复杂。针对这个问题我们设计的基于模拟退火的用户接入选择与功 率分配法将有效地计算出较好的用户接入方式和相应的发射功率。
[0052]所述基于分组交换的用户接入和功率联合调度方法，包括如下步骤：
[0053] (1)在实际的通信网络中，假设存在着I个移动用户，由他们组成的集合为 j = [1, ··· i,··· I},其中i表示用户i;有κ个ap，他们组成了集合：κ:二（ι,"· k,…iq，其中k 表示AP k;同时存在着一个基站，用于设备自身硬件的限制，用户只能通过选择接入某一个AP 或者基站来进行通信，从而获得他们所预期的吞吐量当用户i接入AP k时，在给定发射功率 plk的情况下，用户i获得的吞吐量为
当用户i接入 基站时，在给定发射功率PiB的情况下，
[0054] 其中：
[0055] aik:表示用户i有无接入AP k的指标，aik=l表示用户i被选择接入，反之aik = 0表 示用户i不被选来接入AP k;
[0056] aiB:表示用户i有无接入基站的指标，aiB = 1表示用户i被选择接入基站;反之aiB = 〇表示用户i不被选择接入基站；
[0057] Wk:表示AP k信道上的带宽；
[0058] WB:表示基站信道上的带宽；
[0059] nk:表示AP k信道上的背景噪声功率；
[0060] 加:表示基站信道上的背景噪声功率
[0061 ] gik:表示用户i到AP k的信道增益；
[0062] glB:表示用户i到基站的信道增益；
[0063] pik:表示用户i到AP k的发射功率；
[0064] piB:表示用户i到基站的发射功率；
[0065] (2_浦俩各场Sft3,对+ SfceJf丌k% _ Pis _ EfcexPifc， 斯用户接入基蝴寸，基站对他的收的费用当用户接