[发明专利]一种时延感知的网络资源配置方法

权利要求书

1.一种时延感知的网络资源配置方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：确定系统的CoMP选择，确定用户的数量、子载波数量以及系统的总带宽；

S2：构建系统模型：确定子载波分配策略和CoMP选择策略，得到用户k的有效容量，构建与有效容量和下行所需功率有关的能效问题建模；

S3：利用Dinkelbach方法引入松弛变量λ将原始混合整数分式问题转换为混合整数非线性规划问题；

S4：求解最优功率和子载波分配：在给定系统CoMP选择的情况下，给定固定的拉格朗日乘子来求该用户的最优功率分配p_m,i,n、子载波分配x_m,n和对应的松弛变量λ；

S5：确定最优的CoMP选择：基于步骤S4得到的最优功率分配p_m,i,n、子载波分配x_m,n和松弛变量λ，求得最优的CoMP选择，如果更新后的CoMP选择使得目标值F^j增加，则更新RRHs集合和目标值F(A_n)，否则保留RRHs集合不变，进而更新CoMP选择，判断其是否在容忍度范围ε内收敛，以获取下一轮的功率分配p_m,i,n、子载波分配x_m,n以及松弛变量λ；

S6：确定拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i：基于步骤S4得到的CoMP选择来更新拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i，如果更新后的CoMP选择在容忍度范围ε内达到了收敛，则更新拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i，直到拉格朗日乘子不再收敛，则整个算法结束；

所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21：设计一种基于OFDMA的两层下行5G C-RAN网络，设表示RRHs的集合，表示网络中的用户集合，一个带光纤的CU池连接到I个DU，每个DU只连接到一个RRH，考虑RRH协作，信道带宽为BMHz，平均分成N个正交子载波(SCs)，为SCs的集合，设x_m,n表示子载波分配策略；

子载波分配策略具体表示如下所示：

每个子载波SCn∈N最多分配给一个用户，则有式约束：

分配给用户m的SCs集是由给出的，其中以及

S22：根据CoMP方案，每个特定的用户在每个SC上选择一个RRHs子集，每个RRHi只在分配给用户的SCs子集上传输从DU接收到的数据；设y_i,n表示SC n上的CoMP选择，则有：

定义在上传输的RRHs的子集为中的RRHs通过SC n协同将数据发送给用户m；

S23：有效容量表示为下式所示形式：

所述有效容量为在统计时延要求下随时间变化的信道的最大恒定到达率，由时延指数μ指定；式中是关于服务速率R＝log₂(1+SINR)的统计期望，信干噪比被建模为一个随机变量；

用户m在的服务速率表示为：

信干噪比用下式表示：

其中g_m,i,n，p_m,i,n和σ²分别表示复杂的无线接入信道系数，从SC n上的RRHi发送到用户m的功率和接收端噪声功率方差；

S24：根据有效容量公式得到用户m的有效容量，即

式中的以μ为时延指数，给出关于信道g的内部参数的统计平均值；每个用户根据其可容忍时延参数μ和RRHs的数据队列长度选择其合适的RRHs；

E_c大于系统模型中的平均到达率，表示为：

式中，为RRHi的平均前传速率；

每个RRH的最大总可用发射功率会受到限制，即：

式中，P_i^max是RRHi的最大发射功率；

在每个RRHi，无线接入的平均速率小于光纤链路的平均前传速率，即：

S25：将能效问题建模为：

Subject to:C1-C6.

式中，P_i^CIR,RRH表示RRHi的电路功耗，表示用户m的电路功耗；

所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31：利用Dinkelbach方法引入松弛变量λ将原始混合整数分式问题转换为混合整数非线性规划问题；引入松弛变量λ后，原始能效优化问题转换为：

其中，辅助变量λ表示下行链路传输的总能效；

S32：定义函数：

f(λ)是关于λ的凸函数，并且是关于λ的严格递减函数，当p_m,i,n，x_m,n和y_i,n获得相应的解时，得到对应的能效值λ；

所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41：对于固定的CoMP选择y_i,n进行子载波分配x_m,n和功率分配p_m,i,n；

S42：采用松弛法来处理整型变量{x_m,n}，即对于所有n和m，将{x_m,n}松弛为连续变量，即{x_m,n}∈[0,1]；

S43：应用拉格朗日对偶法分别求解固定CoMP选择下的子载波分配和功率分配；

所述步骤S5具体包括以下步骤：

S51：总体复杂度为当I数量较大时，引入一种低复杂度的启发式算法；定义作为用户m在所选RRHsA_n集合上的信噪比，将其表示为：

S52：给出了所选RRHsA_n集合上的拉格朗日函数为：

其中，

启发式算法的目标函数F(A_n)定义为：

如果满足以下等式，则选择RRHi：

F(A_n∪{i})＞F(A_n)

S53：当实现了所有I次迭代的CoMP选择后，判断其是否在容忍度范围ε内收敛，若满足则进行步骤S6，否则返回S41；

所述步骤S6具体包括以下步骤：

S61：给定初始化的CoMP选择y_i,n、拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i以及容忍度ε；

S62：当拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i收敛时，则执行步骤S41，否则停止拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i的更新，找到对应拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i下对应的最优CoMP选择y_i,n、子载波分配x_m,n、功率分配p_m,i,n和松弛变量λ；

S63：更新拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i，根据步骤S41找到最优的子载波分配x_m,n、功率分配p_m,i,n以及松弛变量λ；

S64：只要拉格朗日乘子ω_n,η_m,i,χ_i,ζ_i是收敛状态，就继续更新拉格朗日乘子，直到找到满足拉格朗日乘子不收敛要求下的最优CoMP选择y_i,n、子载波分配x_m,n、功率分配p_m,i,n和松弛变量λ。