[发明专利]一种分布式用户接入方法

摘要

本发明公开了一种分布式用户接入方法，属于无线接入网技术领域；具体包括：首先，每个待接入用户分别和各可接入节点进行非合作性能评估，确定潜在用户类型；然后，用户进行初始化接入，计算速率收益以及所需要付出的成本；并将上述信息广播至附近F‑AP节点；最后，每个F‑AP节点根据广播信息，计算每个用户的效用函数及平均效用函数并对每个用户的接入选择进行迭代和通信模式的微调切换；本发明针对传统用户接入方法传输时延高、Fronthaul容量受限等问题，充分利用网络边缘设备的储存能力和数据处理能力，综合考虑传输速率与时延的影响；能够快速达到用户自身性能与网络整体性能之间的折中，显著缓解去程链路容量受限，减少数据传输延时，提高用户体验。

主权项

1.一种分布式用户接入方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤一、当有分组数据业务发起时，网络中每个待接入用户分别和各可接入节点之间进行非合作性能评估；/n可接入节点包括F-AP节点和终端直通通信D2D节点；/n第i个待接入用户的评估内容包括：用户所需文件V_i的缓存位置信息；用户接收到的可接入节点的信号强度，干扰信号强度和噪声水平；以及用户与附近直通终端间的距离D_i；/n步骤二、针对第i个待接入用户，根据性能评估中所需文件V_i的缓存位置信息和用户与直通终端间距离D_i，确定用户i属于潜在D2D用户或潜在F-AP用户；/n当第i个用户与某直通终端间距离D_i小于等于预定门限值D，且所需文件V_i在该直通终端缓存内，此时用户i选择接入该直通终端D2D节点或接入附近的F-AP节点，用户i被称作潜在D2D用户；/n当第i个用户与附近直通终端间距离D_i均大于预定门限值D；或者虽然用户i与某直通终端间距离D_i小于等于预定门限值D，但用户i所需文件V_i不在该直通终端缓存内，此时用户i只选择接入邻近的F-AP节点，用户i被称作潜在F-AP用户；/n步骤三、对第i个待接入用户进行初始化接入，判断用户i是否为潜在F-AP用户，如果是，用户i选择接入附近某一F-AP节点；否则，用户i为潜在D2D用户，初始随机接入附近某直通终端或F-AP节点；/n步骤四、当用户i选择接入到某可接入节点j后，用户i利用自身的边缘计算处理器，计算速率收益R_ij，以及所需要付出的成本C_ij；/n具体计算步骤如下：/n步骤401、计算用户i与接入节点j的接收信干噪比SINR_ij；/nSINR_ij＝P_ij/(I_ij+N)/nP_ij为用户i检测与其接入节点j之间的接收信号强度；I_ij为用户i与接入节点j的干扰信号强度；N为用户i与接入节点j的噪声水平；j为用户接入的节点编号；/n步骤402、利用接收信干噪比SINR_ij，计算用户i与接入节点j的速率收益R_ij；/nR_ij＝log(1+SINR_ij)/n步骤403、利用速率收益R_ij，构建用户i接入到接入节点j所需要付出的成本C_ij；/n /nη为用户在和可接入节点无线传输时频谱占用、发射功耗、硬件损耗等所带来的等成本系数；φ为Fronthaul传输成本系数，表示F-AP节点在与云计算服务器进行数据交换时Fronthaul占用、硬件损耗等所带来的等成本系数；τ_d为直通终端的缓存处理时延，表示直通终端处获取文件位置以及文件在缓存中存取所带来的时延；τ_e为F-AP节点的缓存处理时延，表示F-AP节点处获取文件位置以及文件在缓存中存取所带来的时延；Λ_i为用户i所需文件V_i的大小；p_e为用户i所需文件V_i在F-AP节点缓存中的概率；F为Fronthaul传输速率限制；/n步骤五、用户i将选择接入的节点，及需要付出的成本C_ij和速率收益R_ij广播至附近F-AP节点；/n步骤六、每个F-AP节点根据附近用户的广播信息，计算附近每个用户的效用函数U(S_ij)及平均效用函数并保存到各节点对应的效用函数列表中；/n效用函数列表包含每个用户的效用函数信息，以及平均效用函数；/n首先，某F-AP节点接收到附近所有用户发来的接入基站信息，速率收益R_ij和成本C_ij后，分别统计接入D2D模式的用户数量N^D以及选择接入F-AP模式的用户数量N^F；/n然后，针对用户i，根据与接入节点j之间的速率收益及付出成本C_ij，计算用户i的效用函数U(S_ij)：/n /n最后，计算该F-AP节点计算附近所有用户的平均效用函数/n /n其中，N_u为该F-AP节点附近待接入用户总数，为潜在D2D用户中选择D2D模式接入的用户数量，为潜在D2D用户中选择F-AP模式接入的用户数量，为潜在F-AP用户的数量；为选择接入D2D模式用户的速率，为选择接入F-AP模式用户的速率；/n步骤七、每个F-AP节点根据各自的效用函数列表，比较自身列表中每个用户的效用函数与平均效用函数的大小，对每个用户的接入选择进行迭代；/n具体如下：/n步骤701、针对某F-AP节点，根据列表信息依次选取用户的效用函数分别与平均效用函数进行比较；/n步骤702、判断当前用户的效用函数是否大于等于平均效用函数，如果是，则保持当前用户接入节点不变；否则，当前用户目前的效用函数小于平均函数，进入步骤703；/n步骤703、判断是否存在至少一个可接入节点使当前用户的效用函数提升，如果是，进入步骤704；否则，进入步骤705；/n步骤704、将当前用户切换至使该用户效用函数提升的某个可接入节点，并在列表中删除该可接入节点之前的信息，同时更新该F-AP节点列表中当前用户现有的效用函数及附近用户平均效用函数；/n步骤705、当前用户目前的效用函数小于平均效用函数，但没有其他可接入节点使当前用户的效用函数提升，则保持当前用户接入节点不变；/n步骤706、从该F-AP节点的列表中依次下一个用户，并判断效用函数与平均效用函数的大小，进入步骤702；/n步骤707、当该F-AP节点的列表中所有用户接入可接入节点后的效用函数均大于等于附近用户平均的效用函数，即达到网络接入均衡状态；/n此时，所有待接入用户均接入使其效用函数最大的可接入节点；/n步骤八、所有待接入用户接入网络后，每个F-AP对接入该F-AP的用户和该F-AP所控制的D2D用户分别进行通信模式的微调切换；/n具体为：/n对于某个采用D2D模式接入网络的用户，F-AP周期性检测该D2D用户的性能；判断传输速率和网络传输时延两个传输质量性能参数是否均大于等于预定门限时，如果是，则维持原状态不变；否则，该D2D用户的两个传输质量性能参数中的任何一项性能参数降低至小于其预定门限值，且该D2D用户周围其它D2D用户的两个传输质量性能指标均大于等于预定门限时，则提升该D2D用户的智能终端的发射功率；/n对于某个采用F-AP模式接入网络的用户，用户所接入的F-AP节点周期性地检测自身的业务量，Fronthaul状态、用户数据传输速率和端到端的网络传输时延状况，并根据上述信息对用户接入的F-AP节点进行切换：/n针对某个F-AP节点，根据该F-AP节点的总业务量是否位于预设门限范围内，以及Fronthaul状态、用户数据传输速率和端到端的网络传输时延共三个传输质量性能指标参数是否在其预定门限范围内，划分为不同状态：/n当该F-AP节点的总业务量位于预设门限范围内；且三个传输质量性能指标参数均在其预定门限范围内时，则维持原状态不变；/n当该F-AP节点的总业务量连续超过预设门限值导致Fronthaul受限，或三个传输质量性能指标参数中的任何一项性能参数降低至小于其预定门限值时，则判定该F-AP节点处于高业务量状态；处理方法包括两种：一是提升该的F-AP节点功率，同时将来自该F-AP节点的部分基带信号经路由分配至云计算服务器，并指定基带处理单元进行无线资源的调度；二是将该F-AP节点的用户切换到其他邻近的F-AP节点；/n当该F-AP节点的总业务量连续少于预设门限值，且三个传输质量性能指标均高于其预定门限值时，则判定该F-AP节点处于低业务量状态，处理方法包括两种：一是该F-AP节点降低发射功率，二是将该F-AP节点的所有用户根据能效指标切换到附近F-AP节点后，关闭该F-AP节点。/n