基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法，該方法從物理層將業(yè)務(wù)劃分為兩種類型：時延約束型(Delay-Constraint,DC)業(yè)務(wù)和盡力而為型(Best-Effort,BE)業(yè)務(wù)；具體地，本發(fā)明把優(yōu)化資源分配規(guī)劃成線性問題，通過引入分時參數(shù)，把指數(shù)級的混合整數(shù)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)換成凸問題來求解；再對結(jié)果求拉格朗日微分得到帶寬的最佳性能響應(yīng)，驗證其結(jié)果是否合理，若不合理，則向前修改決策；若合理，則計算出其他網(wǎng)絡(luò)分配參數(shù)；總的說本發(fā)明克服了現(xiàn)有無線資源管理方法不考慮業(yè)務(wù)類型和用戶之間的公平性的缺點，并滿足不同類型業(yè)務(wù)對服務(wù)質(zhì)量(quality?of?service,QoS)的多樣性需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率最大化，最大限度提高系統(tǒng)總數(shù)據(jù)傳輸速率。
【專利說明】基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來寬帶無線網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)需求的不斷提高，無線資源管理(Radio Resource Management, RRM)成為了研究和發(fā)展的重點?，F(xiàn)有的業(yè)務(wù)類型，比如對時延非常敏感的語音傳輸業(yè)務(wù)，需要保證其有一定的吞吐量；而有些業(yè)務(wù)(如電子郵件和文件下載服務(wù))可容忍短暫的時延，因此它們適應(yīng)可變的傳輸速率。正交頻分多址接入(orthogonal frequency division multiple access, 0FDMA)技術(shù)作為一種在寬帶網(wǎng)絡(luò)中新興的空中接口解決方案。制定包含OFDMA技術(shù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的資源管理策略將是目前以及未來的研究熱點。
[0003]在目前的研究領(lǐng)域里，無線資源通常包括發(fā)送功率和頻率帶寬，利用它可以動態(tài)地分配、處理寬帶無線衰落信道中的時間或頻率選擇性問題。以前的最優(yōu)資源分配計劃，并不考慮業(yè)務(wù)類型和用戶之間的公平性等重要因素，從而導(dǎo)致了稀缺的無線資源被低效地分配和利用，現(xiàn)有的資源分配方案中，基于破產(chǎn)策略提出的協(xié)同無線資源管理(Joint RRM,JRRM)策略，考慮到了無線資源的多樣性和尋求有效分配無線資源基礎(chǔ)上系統(tǒng)負載和用戶/服務(wù)的QoS需求，然而，無線資源分配機制(如功率和帶寬)在利用協(xié)同分集技術(shù)并進一步滿足不同類型業(yè)務(wù)的多樣化QoS要求上，仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
[0004]作為一種共識，在平衡系統(tǒng)的總數(shù)據(jù)傳輸速率和用戶公平性方面，本發(fā)明總是把用戶比例性傳輸速率約束作為公平準則。相對于傳統(tǒng)的RRM策略，本發(fā)明在滿足系統(tǒng)總速率在用戶速率約束比例條件下的用戶速率最大化要求之外，還能獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和公平性，并且能夠很好地解決上面的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的在于提供一種基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率公平約束的優(yōu)化無線資源分配方法，該方法有效地降低無線網(wǎng)絡(luò)的切換次數(shù)以及提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量(QoS),該方法利用業(yè)務(wù)對Qos的不同需求來區(qū)分業(yè)務(wù)類型，引入分時共享變量，多步驗證計算結(jié)果，將綜合后的結(jié)果應(yīng)用到資源分配中，從而提高無線資源分配的性能。
[0006]本發(fā)明從物理層將業(yè)務(wù)劃分為兩種基本類型，其兩種基本類型分別為:時延約束型(Delay-Constraint, DC)業(yè)務(wù)和盡力而為型(Best-Effort, BE)業(yè)務(wù)。純DC系統(tǒng)(僅考慮DC業(yè)務(wù))，是指能使系統(tǒng)發(fā)射功率最小化，還能滿足每個用戶的基本數(shù)據(jù)傳輸速率約束；純BE系統(tǒng)(僅考慮BE業(yè)務(wù))，是指能使系統(tǒng)總速率達到最大化，并服從總的發(fā)射功率約束條件。
[0007]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明提出一種基于OFDMA技術(shù)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)化資源分配方法，該方法滿足了系統(tǒng)總速率最大化和用戶比例性速率約束下服務(wù)質(zhì)量的要求，該方法考慮了不同的業(yè)務(wù)類型和用戶公平性因子，并重新建立一種允許用戶多接入訪問的網(wǎng)絡(luò)接入模型，從物理層將業(yè)務(wù)劃分為兩種類型:時延約束型(Delay-Constraint, DC)業(yè)務(wù)和盡力而為型(Best-Effort, BE)業(yè)務(wù)。
[0008]異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在進行網(wǎng)絡(luò)選擇時不僅要考慮傳輸速率約束以及業(yè)務(wù)類型，還有資源分配方法滿足業(yè)務(wù)對QoS要求的有效性，保證業(yè)務(wù)最低速率限制下使系統(tǒng)容量最大化。通過引入用戶比例性速率約束來作為公平準則，把RRM規(guī)劃問題轉(zhuǎn)換為線性規(guī)劃問題，把指數(shù)復(fù)雜性的混合整數(shù)規(guī)劃轉(zhuǎn)換成以BE業(yè)務(wù)的傳輸速率最大化的目標，同時分別滿足不同DC型業(yè)務(wù)的基本傳輸速率，最大限度提高系統(tǒng)總速率。本發(fā)明借鑒了分時技術(shù)應(yīng)用，在保證BE型業(yè)務(wù)在總功率比例公平性凸問題條件的約束下，利用對偶問題的求解和梯度投影法對BE型業(yè)務(wù)和DC型業(yè)務(wù)進行綜合分析，保證DC型業(yè)務(wù)有最低傳輸速率要求，BE型業(yè)務(wù)在沒有時延約束條件下以盡力而為的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，但是傳輸率受到比例公平性約束。
[0009]方法流程:
[0010]步驟一:假設(shè)在LTE-WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，存在M個支持不同業(yè)務(wù)類型的活躍多模終端和N種可用的無線接入技術(shù)；在1^^網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)基站和終端之間的無線信道是頻率選擇的瑞利衰落信道，每個子載波的信道較窄，因此它是平坦衰落的；rin表示在每個OFDM符號時間間隔內(nèi)，用戶i基于子載波n所獲得的傳輸率，其值取決于信道增益hin和用戶i基于子載波n上所分配的功率Pin ；rin通常被表示為
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟一:假設(shè)在LTE-WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，存在M個支持不同業(yè)務(wù)類型的活躍多模終端和N種可用的無線接入技術(shù)；在1^^網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)基站和終端之間的無線信道是頻率選擇的瑞利衰落信道，每個子載波的信道較窄，因此它是平坦衰落的；rin表示在每個OFDM符號時間間隔內(nèi)，用戶i基于子載波n所獲得的傳輸率，其值取決于信道增益hin和用戶i基于子載波n上所分配的功率Pin ；rin通常被表示為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法，其特征在于:所述方法中包括建立LTE-WLAN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法，其特征在于，所述方法是從物理層將業(yè)務(wù)劃分為:時延約束型業(yè)務(wù)和盡力而為型業(yè)務(wù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于時延區(qū)分業(yè)務(wù)和比例性速率約束的優(yōu)化無線資源方法，其特征在于，所述方法是利用業(yè)務(wù)對Qos的不同需求來區(qū)分業(yè)務(wù)類型，引入分時共享變量，多步驗證計算結(jié)果，將綜合后的結(jié)果應(yīng)用到資源分配中。
【文檔編號】H04L27/26GK103687023SQ201310518212
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】余雪勇, 胡逸陽, 朱洪波 申請人:南京郵電大學(xué)