一種分布式端到端用戶和蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶關(guān)聯(lián)及時(shí)間分配方法
【專利摘要】一種分布式的端到端用戶和蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶關(guān)聯(lián)及時(shí)間分配方法，當(dāng)DU i和CU j關(guān)聯(lián)時(shí)，計(jì)算它們的吞吐率；將問題建模為在保證單個(gè)用戶最小吞吐率的情況下，最大化系統(tǒng)吞吐率問題；當(dāng)DU i和CU j關(guān)聯(lián)時(shí)，為它們分配時(shí)間片；建模DU和CU關(guān)聯(lián)子問題，轉(zhuǎn)換為最大權(quán)重二分匹配問題；DU向CU廣播峰值速率和最小數(shù)據(jù)速率，CU向DU發(fā)送時(shí)間片大小和吞吐量；DU和CU計(jì)算各自鄰居集合，選擇初始收益，向鄰居廣播收益，向?qū)Ψ匠鰞r(jià)，估計(jì)各自利潤(rùn),然后更新收益；所有DU和CU迭代執(zhí)行出價(jià)，更新收益；CU判斷是否關(guān)聯(lián)DU，DU查找它關(guān)聯(lián)的CU。本發(fā)明在CU和DU混合網(wǎng)絡(luò)中，保證單個(gè)用戶最小數(shù)據(jù)率的情況下，最大化系統(tǒng)吞吐量。
【專利說明】一種分布式端到端用戶和蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶關(guān)聯(lián)及時(shí)間分配方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，尤其是對(duì)于具有蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶（⑶s)和端到端網(wǎng)絡(luò)用戶 (DUs)的混合網(wǎng)絡(luò)，通過選擇CU與DU的關(guān)聯(lián)以及為他們分配合適的時(shí)間以優(yōu)化總的系統(tǒng)吞 吐量。

【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，需要高數(shù)據(jù)速率的服務(wù)，如視頻流，社交媒體等已經(jīng)占用了 大量可用的頻譜資源。在當(dāng)前移動(dòng)用戶和移動(dòng)數(shù)據(jù)需求大量增加的情況下，有限的頻譜資 源已經(jīng)越來越難以保證用戶的需求。在3GPP提出的LTE-A的研究項(xiàng)目中，允許在小區(qū)蜂窩 網(wǎng)絡(luò)中支持De Vice-t〇-Device(D2D)通信的設(shè)備直接進(jìn)行通信以提高頻譜利用率。因此， 在⑶和DU混合網(wǎng)絡(luò)中，如何將⑶和DU關(guān)聯(lián)以及如何分配蜂窩網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)于改善系統(tǒng)頻 譜效益是極其有意義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用效率較低的不足，本發(fā)明提供了一種在CU 和DU混合網(wǎng)絡(luò)中，保證單個(gè)用戶最小數(shù)據(jù)率的情況下，最大化系統(tǒng)吞吐量、提升頻譜利用 效率的分布式端到端用戶和蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶關(guān)聯(lián)及時(shí)間分配方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種分布式端到端用戶和蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶關(guān)聯(lián)及時(shí)間分配方法，所述方法包括以下 步驟：
[0006] 1)對(duì)于一個(gè)具有N個(gè)DU和M個(gè)⑶的混合網(wǎng)絡(luò)，M彡N，當(dāng)DU i與⑶j關(guān)聯(lián)時(shí)， 1彡i彡N，1彡j彡M，DU i和CU j的吞吐率分別為：

【權(quán)利要求】
1. 一種分布式端到端用戶Ou)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶（cu)關(guān)聯(lián)及時(shí)間分配方法，其特征在 于：所述方法包括以下步驟： 1) 對(duì)于一個(gè)具有N個(gè)DU和M個(gè)⑶的混合網(wǎng)絡(luò)，M彡N，當(dāng)DUi與⑶j關(guān)聯(lián)時(shí)，1彡i彡N， 1彡j彡M，DUi和CUj的吞吐率分別為：
其中，式中各參數(shù)定義如下： 略吐率； ⑶j的吞吐率； B:⑶j的上行鏈路的帶寬；a^ :分配給⑶j的時(shí)間片； 1-au :分配給DUi時(shí)間片大??； Xij:指示變量，Xu= 1表示DUi和⑶j相關(guān)聯(lián)，Xu= 0表示DUi和⑶j不相關(guān)聯(lián)；pf:DUi的傳輸功率； pf:CUj的傳輸功率； gij :發(fā)送者DUi和接收者之間的信道增益；gj:CUj和基站之間的信道增益； h:DUi相應(yīng)的接收者的噪聲功率； nj:⑶j相應(yīng)的接收者的噪聲功率； 2) 在保證單個(gè)DU和CU的最小吞吐率的情況下，允許DU共享CU的蜂窩網(wǎng)絡(luò)資源以最 大化系統(tǒng)的吞吐量，所以，問題描述為：
其中，式中各參數(shù)定義如下： 尺&nin:DUi的最小數(shù)據(jù)速率； Rj,min:CUj的最小數(shù)據(jù)速率； Cj:為簡(jiǎn)化符號(hào)，用Cj表不
$: = 1表示⑶j不和任何DU關(guān)聯(lián)，$ = 0表示⑶j和某一個(gè)DU關(guān)聯(lián)； X?:N個(gè)DU用戶的集合，D= {1, ，}; C:M個(gè)CU用戶的集合，C= {1, 問題（2)使用凸優(yōu)化理論難以解決，將該問題（2)分解為時(shí)間分配優(yōu)化子問題和DU與CU關(guān)聯(lián)優(yōu)化子問題； 3) 當(dāng)DUi和CUj關(guān)聯(lián)時(shí)，時(shí)間分配優(yōu)化子問題為
0. a ij ^ 1 問題（3)是具有一個(gè)變量的線性優(yōu)化問題，如果該問題存在一個(gè)最優(yōu)解a'y則a ,ij為
所以，在最優(yōu)情況下，DUi和⑶j的總吞吐量為Wij= (1-a^ 眞+a，jjCj(5) 其中，式中各參數(shù)定義如下： Dij:為簡(jiǎn)化符號(hào)，用Du表不B
如果問題（3)不存在最優(yōu)解，貝U令Wij= 0,Xij= 0 ; 4)DU與CU關(guān)聯(lián)優(yōu)化子問題用下式表示：

問題（6)是一個(gè)二元線性優(yōu)化問題，它的前兩個(gè)約束條件對(duì)應(yīng)的約 束矩陣是一個(gè)完全幺模矩陣，因此放寬問題（6)的約束條件，得到（7):
5) 當(dāng)CU和DU關(guān)聯(lián)時(shí)，有一部分CU沒有關(guān)聯(lián)到DU用戶，假設(shè)存在M個(gè)虛擬的DU用戶， 如果CUj沒有關(guān)聯(lián)的DU，則把該CU視作和虛擬的DUj相關(guān)聯(lián)，因此，問題（6)轉(zhuǎn)化為一個(gè) 從集合C到集合CU2)的最大權(quán)重的二分匹配，問題（6)的對(duì)偶問題是：
其中，式中各參數(shù)定義如下：y」：CUj的收益； Xi:DUi的收益；zj:虛擬DUj的收益； 6) 每個(gè)DUi向所有的CU廣播一個(gè)信息，該信息包括DUi的峰值速率Du和最小數(shù)據(jù) 速率，每一個(gè)CUj收到DUi發(fā)來的信息后，求解問題（3)，然后將^和時(shí)間片1-au 通知DUi; 7) 每個(gè)DUi根據(jù)收到的信息求出它的鄰居集合
，每個(gè)CU j根據(jù)它收到的信息求出它的鄰居集合
8) 每個(gè)DU和CU從[0,Wd中隨機(jī)的選擇收益〇#，每一個(gè)CUj從[0,Cj]中 隨機(jī)選擇收益4a)，每一個(gè)虛擬DUj的收益為= 0,選擇一個(gè)近似因子G>〇,令t= 1 ; 9) 每一個(gè)DUi將它的收益iff通知每一個(gè)鄰居⑶j，每一個(gè)⑶j將它的收益%通 知每一個(gè)鄰居DUi; 10) 每一個(gè)DUi根據(jù)公式（9)向CUj出價(jià)，每一個(gè)CUj根據(jù)公式（9)向DUi出價(jià)
其中符號(hào)[?]+表示投影到非負(fù)象限； 每一個(gè)虛擬的DUj根據(jù)公式（10)向⑶j出價(jià)dj?，每一個(gè)⑶j根據(jù)公式（10)向虛 擬的DUj出價(jià)#
其中，由于每一個(gè)虛擬的DUj只允許和⑶j關(guān)聯(lián)，因此對(duì)于所有的的值均為 〇 ； 11) 每個(gè)DU和CU通過公式（11)估計(jì)它的利潤(rùn)
然后通過公式（12)更新它們的收益；
其中，ke(0,1)，k接近0表示更新前后的e值差別不大，k接近1表示更新后的值受 鄰居出價(jià)影響較大，*^\[/}表示i的鄰居集合中除去元素i; 更新完畢后，將t加1，t=t+1 ;
如果max{A，B，C}彡G，則轉(zhuǎn)到步驟13)，否則轉(zhuǎn)到步驟9); 13) 每一個(gè)DU和CU根據(jù)公式（11)獲得最優(yōu)的利潤(rùn)，假設(shè)它們相應(yīng)的最優(yōu)利潤(rùn)為
，每一個(gè)CUj判斷是否關(guān)聯(lián)DU，如果，
則 ⑶j不和任何DU關(guān)聯(lián)，然后⑶j將yf_1)通知給它的鄰居； 14) 每一個(gè)DUi查找它關(guān)聯(lián)的CU，如果：
，則DUi可以和CUj關(guān)聯(lián)，這樣DUi就和⑶j共享上行鏈路資源。
【文檔編號(hào)】H04W16/02GK104410976SQ201410653404
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】錢麗萍, 武航, 陳康妮 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)