[发明专利]一种结合均衡策略的无线虚拟网络中的资源分配方法

摘要

本发明公开了一种结合均衡策略的无线虚拟网络中的资源分配方法，考虑基础设施提供商和服务提供商的收益，通过将问题分解为用户连接和资源分配两个子问题，简化问题的求解，最大化全局的收益。本发明基于一种均衡的策略，可以通过用户的连接方案和资源分配方案来决定价格，同时该价格又会影响用户的连接方案和资源分配方案，本发明中涉及的定价函数、需求函数、供应函数，运营商都可以根据自己的需要进行选择，保证了不同情况下能满足运营商的不同需求，同时，得益于拉格朗日对偶方法，资源分配方案是分布式的方案，可以在每一个基站单独运行，并且收敛速度快，有效地解决了如何设计系统吞吐量和用户资源分配公平性之间的方案。

主权项

1.一种结合均衡策略的无线虚拟网络中的资源分配方法，其特征在于：包括以下具体步骤：步骤1)：采集网络信息，初始化参数：采集网络中的服务提供商数目N、基站数目M及用户数目K，将站点集合记为{J₀,J₁...,J_i}，其中宏站用J₀表示，小站用{J₁,J₂,...,J_M}表示；步骤2)：在资源分配时刻，采集用户信息，通过常用的信道估计方法，得到用户的信息，通过这些信息，计算用户的SINR：其中是信道增益，包含路径损耗、阴影衰弱、天线增益，j表示基站编号，n和k分别表示服务提供商编号和用户编号，每一次执行资源分配方法时，可以看成是一个常数，P^j代表用户所处位置接收到的基站j的发射功率，σ²表示噪声的功率；步骤3)：确定用户的单价和支付函数：每一次执行时，需要选择用户的单价和用户的支付函数来表示用户所消耗的代价，将用户的单价记为{α₁,α₂...α_K}，其中α_k表示用户k的单价，用户的单价和用户的支付函数由运营商预先设定，在方法运行时进行配置；步骤4)：确定服务提供商的单价和服务提供商的支付函数，在方法运行之前要首先确认虚拟资源的定价策略，针对不同的服务提供商，基础设施提供商采取不同的收费方式和单价，将服务提供商的单价记为{β₁,β₂...β_I}，β_i表示编号为i的服务提供商的单价，服务提供商的支付函数由服务提供商和基础设施提供商共同协商制定，预先输入到系统中，在进行资源分配时，不同的服务提供商选择对应的支付函数执行即可，得到了服务提供商的单价和服务提供商的支付函数之后，系统计算出服务提供商所要支付的价格；步骤5)：确定目标函数：系统根据不同需求，确定不同的的目标函数，通过调整目标函数，调整用户的连接和资源的分配的方案，通过步骤3)和步骤4)，得到用户和服务提供商的单价和支付函数之后，服务提供商的收益等于从用户那得到的收益减去向基础设施提供商支付的支出，用{π₁,...,π_N}表示，π_n代表编号为n服务提供商得到的收益，基础设施提供商得到的收益等于服务提供商向其所支付的支出，用π₀表示；根据帕累托最优理论，问题可以表示为:公式中的表示用户与基站的连接系数和基站给该用户分配的资源比例，条件C1说明每一个用户最多只能连接到一个基站，条件C2说明每个基站分配给与他相连的用户的资源不能超过基站所拥有的资源，条件C3说明如果一个用户连接到某个基站，那么这个基站一定要为这个用户分配资源，C4说明用户连接基站的情况，如果用户连接到某一个基站则为取值为1，否则，取值为0；步骤6)：根据问题2)的特点，将问题2)分解成问题3)和问题5)两部分，问题3)是基础设施提供商的收益，问题5)是服务提供商的收益：首先通过资源分配提高基础设施提供商的收益，这部分收益表示为：其中n表示服务提供商的编号，β_n表示服务提供商的单价，V_n表示编号为n的服务提供商得到的资源数量，U()表示服务提供商的支付函数，得到问题3)的一个子问题：这是基础设施提供商部分的子问题，上述公式(4)的含义是通过用户关联和资源分配最大化基础设施提供商的收益，根据问题4)的特点，将这部分收益表示为：这里的ln(R_n,k)和C_n是两个具体的支付函数，此外，问题2)的另外一个子问题是服务提供商的收益：这是服务提供商部分的子问题，上述公式(5)的含义是通过用户关联和资源分配最大化服务提供商的收益；步骤7)：求解问题4)：通过将问题4)分解成两个子问题进行求解，假设都已经确定，同时服务提供商的支付函数和单价也都确定，那么问题就是求解就是上述公式的V_n,k，其中表示用户的速率，W_j表示该基站所拥有的资源数目，使用KKT条件来求解得到其中μ_j是一个拉格朗日系数，通过μ_j＝max{β₁|κ_n,k|‑β₂W_j,0}得到，其中|κ_n,k|表示用户的数目，得到资源分配策略之后，可以根据资源分配方案确定用户关联策略，将得到的代回问题4)中得到求解问题7)，得到用户的连接方案步骤8)：将基础设施提供商部分子问题求解之后，接下来求解服务提供商部分的子问题：根据帕累托最优理论与maxΩ(α),Ω(α)＝Σ_nπ_n   问题9)其中Ω(α)表示所有服务提供商的收入之和；将问题9)分解为用户关联和资源分配两个子问题，使用拉格朗日乘子法求解资源分配子问题，通过KKT条件得到资源分配的结果，得到资源分配方案之后重新代回问题9)，得到用户的关联方案；步骤9)：资源分配方案和用户关联方案通过步骤8)确定之后，确定合理的服务提供商的价格，具体方法如下：通过调整β_n，来调整基础设施提供在服务提供商之间资源分配的比例，可以通过迭代的方式得到最优的服务提供商的价格，迭代的过程中需要设置需求函数和供应函数，分别用Φ^D(t)和Φ^S(t)表示第t次迭代时的需求函数和供应函数，基础设施提供商可以根据实际的需要设置这两个函数；步骤10)：初始化β＝β_init和t＝0，β_init是价格β的初始值，初始化迭代步长λ，可由运营商设定，将步骤4)用到的价格设置为价格β(t)之后，运行步骤9)的方法能够得到最优的资源分配方案和用户关联方案，得到资源方案和用户关联方案之后，重新计算Φ^D(t)和Φ^S(t)，再利用公式(10)计算第t次迭代的Φ^D(t)‑Φ^S(t)和β(t+1)：β(t+1)＝β(t)+λ(Φ^D(t)‑Φ^S(t))   问题10)更新价格，直到|Φ^D(t)‑Φ^S(t)|＜ε,ε＞0，ε是一个很小的正数，可由运营商设定，此时价格已经稳定，该价格就是所要求的最合理的服务提供商单价；步骤11)：结束：将最终得到的服务提供商的单价设置为方法所需的服务提供商的单价，进行用户连接和资源分配的计算。