異構無線網絡中能量有效的資源分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種異構無線網絡中資源管理技術領域的方法，具體是異構無線 網絡中能量有效的資源分配方法。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信技術的發展，綠色通信在異構無線網絡中也變得越來越重要。移動 終端的功能越來越強大，對數據傳輸的速率要求越高，同時移動終端的能耗問題就越嚴重。 由于移動終端電池技術的發展沒有跟上無線通信業務的發展，終端能耗問題嚴重影響到用 戶的服務質量。而且隨著移動終端的使用時間的增長，移動終端的能耗也是呈指數增長的。 因此，能量有效的上行通信是下一代移動通信技術的關鍵內容之一，可以有效的延長移動 終端的續航時間，并提高移動終端的傳輸速率。同時，能量有效的上行通信可以減少對異構 無線網絡中其他移動終端的干擾。因此，在下一代移動通信中，能量效率對于移動終端而言 是非常重要的。
[0003] 異構無線網絡中的資源管理技術可以分為兩類：一類是單網接入的資源分配，另 一類是多宿主接入的資源分配。前者是異構無線網絡中的移動終端選擇最佳無線接入網絡 進行通信，提升整個系統的性能。如在蜂窩網和無線局域網的混合網絡中，針對彈性數據流 服務，可以根據負載均衡選擇合適的網絡提供服務。后者則是異構無線網絡中的移動終端 可以同時接入多個無線接入網絡，充分利用各種無線接入技術的資源。如在異構無線網絡 中，根據不同的業務需求，讓移動終端選接入多個無線接入網絡來滿足業務需求，提升系統 的總吞吐量。
[0004] 現有的對異構無線網絡的資源分配方法大部分是以最大化系統的總吞吐量為目 標，或是最小化系統的總功耗。只有很少的資源分配方法是提升異構無線網絡中能量效率。 在傳統的單層網絡中，能量效率研宄較多，但是不能用于異構無線網絡。一般是將無線接入 技術的帶寬固定，然后對發射功率資源進行優化，最優化能量效率。這種固定帶寬資源的分 配方式會降低系統的性能。不同的移動終端應該自身的功耗和信道狀態而被分配不同的帶 寬資源，通過這種聯合分配帶寬資源和發射功率資源的方式，可以提升整個異構無線網絡 的上行總能量效率。同時，在資源分配問題中很重要的一點就是服務質量保證，急需要滿足 用戶的傳輸速率需求。
[0005] 綜上所述，現有的異構無線網絡的資源分配方法不能有效的用于提升整個系統的 移動終端的能量效率和。帶寬資源和功率資源的聯合分配也是很有必要，并且異構無線網 絡中的移動終端的能量效率和問題也沒有相關解決方法。
【發明內容】
[0006] 本發明針對異構無線網絡的多宿主接入資源分配，提出了一種基于用戶服務質量 的最大化移動終端能量效率和的資源分配方法。本發明可以充分利用系統中的無線接入技 術，將整個異構無線網絡中的無線資源進行整合，然后有效的分配給移動終端，進行能量有 效的資源分配，在滿足用戶服務質量需求的同時，最大化上行通信中移動終端的能量效率 和。本發明對無線接入技術的帶寬資源和移動終端的功率資源進行聯合分配，可以獲得更 高的能量效率。
[0007] 根據本發明提供的一種異構無線網絡中能量有效的資源分配方法，包括如下步 驟：
[0008] 步驟1，初始化移動終端的功率分配A ,，采用平均分配功率的方式：
[0009]
【主權項】
1. 一種異構無線網絡中能量有效的資源分配方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，初始化移動終端的功率分配九,《，采用平均分配功率的方式： P,"〃 = O 其中，A,,,表示第m個移動終端分配給第η種無線接入技術的發射功率，€為第m個移 動終端的最大發射功率，m = 1，2, ···，Μ,η = 1，2, "·，Ν，Μ表示移動終端的總個數，N表示異 構無線網絡中無線接入技術的總種數；N種無線接入技術都工作在不同的頻帶，M個移動終 端都具有同時接入多種無線接入技術的能力； 步驟2,將功率分配瓦"帶入能量有效的帶寬分配方法中，確定無線接入技術的能量有 效的最優帶寬分配夂?; 步驟3,將能量有效的最優帶寬分配帶入能量有效的功率分配方法中，分別確定每 個移動終端的能量有效的最優功率分配瓦； 步驟4,將步驟3得到的能量有效的最優功率分配瓦,,、步驟2得到的能量有效的最優 帶寬分配九"分別帶入下式中的Pmn、Xnm，計算出異構無線網絡的能量效率和
其中，V表示第m個移動終端的能量效率EE ; ε m表示第m個移動終端的功放系數的 倒數，if表示第m個移動終端的電路功耗，β n表示第η種無線接入技術的效率，g "表示第 η種無線接入技術與第m個移動終端之間的信道增益；Xnm表示第m個移動終端分配給第η 種無線接入技術的帶寬分配；Pmn表示第m個移動終端分配給第η種無線接入技術的發射功 率； 步驟5,重復上述步驟2、步驟3以及步驟4,更新能量有效的最優帶寬分配和能量有 效的最優功率分配A,"，直到能量效率和
不再增加為止。
2. 根據權利要求1所述的異構無線網絡中能量有效的資源分配方法，其特征在于，所 述步驟2具體包括如下子步驟： 步驟2. 1 :初始化拉格朗日乘子μ n; 步驟2. 2 :利用步驟1中初始化的功率分配九"，通過次梯度法計算能量有效的帶寬分 配，表達式如下：
其中，k為迭代次數，X=表示第k+1次迭代時第η種無線接入技術分配給第m個移動 終端的帶寬分配，表示第k次迭代時第η種無線接入技術分配給第m個移動終端的帶寬 分配，Qci表示次梯度法的固定迭代步長，L為能量有效的帶寬分配問題對應的拉格朗日函 數，m和η均為正整數，ε m表示第m個移動終端的功放系數的倒數，表示第m個移動終 端的電路功耗，β n表示第η種無線接入技術的效率，g "表示第η種無線接入技術與第m個 移動終端之間的信道增益，[Z]+= max{z，0}，即符號[·]+表示取該符號中的值與O之間較 大者； 步驟2. 3:利用初始化的功率分配聲""和帶寬分配Xnm更新拉格朗日乘子λ JP μ n:
其中，\和α 2為固定迭代步長，匕表示第m個移動終端的數據速率，Rm表示第 m個 移動終端的數據速率需求，Xn表示第η種無線接入技術的總帶寬資源；表示第k+Ι次迭 代中對應于第m個移動終端的數據速率約束的拉格朗日乘子，七表示第k次迭代中對應于 第m個移動終端的數據速率約束的拉格朗日乘子，< +1表示第k+Ι次迭代中對應于第η種 無線接入技術的帶寬資源約束的拉格朗日乘子，￥表示第k次迭代中對應于第η種無線接 入技術的帶寬資源約束的拉格朗日乘子； 步驟2. 4 :帶寬分配Xmn沒有收斂或未達到最大迭代次數，則轉至步驟2. 2繼續迭代，否 貝IJ，轉至步驟2. 5 ; 步驟2. 5 :結束迭代，將迭代結束時的帶寬分配Xnm作為第m個移動終端分配給第η種 無線接入技術的能量有效的最優帶寬分配I?，其中，所述最優帶寬分配是指：使上行通信 中的能量效率和最大的帶寬分配。
3.根據權利要求1所述的異構無線網絡中能量有效的資源分配方法，其特征在于，所 述步驟3具體包括如下步驟： 步驟3.1:初始化能效參量η ; 步驟3. 2 :初始化拉格朗日乘子V JP ω m，功率分配/4，/4表示第〇次迭代時第m個 移動終端分配給第η種無線接入技術的發射功率； 步驟3. 3 :利用步驟2確定的能量有效的最優帶寬分配，計算功率分配Pmn, Pmn表示 第m個移動終端分配給第η種無線接入技術的發射功率：
其中，Vm表示對應于第m個移動終端速率約束的拉格朗日乘子，ω m表示對應于第m個 移動終端發射功率約束的拉格朗日乘子，ε 表示第m個移動終端的放大系數的倒數，g m表 示第m個移動終端與第η種無線接入技術之間的信道增益，η表示能效參量； 步驟3.4 :利用計算出的功率分配pmn和確定的能量有效的最優帶寬分配?更新拉格 朗日乘子V ^和ω "
其中，α#Ρ α 4為固定迭代步長，匕表示第m個移動終端的數據速率，Rm表示第m個移 動終端的數據速率需求，表示第m個移動終端的總發射功率；<+1表示第k+Ι次迭代中 對應于第m個移動終端的數據速率約束的拉格朗日乘子，< 表示第k次迭代中對應于第m 個移動終端的數據速率約束的拉格朗日乘子，<+1表示第k+Ι次迭代中對應于第η種無線 接入技術的發射功率約束的拉格朗日乘子表示第k次迭代中對應于第η種無線接入技 術的發射功率約束的拉格朗日乘子； 步驟3. 5 :功率分配pmn沒有收斂或者沒有達到最大迭代次數，則轉至步驟3. 3繼續迭 代；否則，轉至步驟3. 6; 步驟3. 6:計算參量最優化問題的最優值E(Ii):
其中，t表示第m個移動終端所得到的傳輸速率，Pm表示第m個移動終端的總功率； 步驟3. 7 :更新能效參量η :
步驟3. 8 :如果參量最優化問題的最優值E (τι)不為0,則轉至步驟3. 2 ;否則，轉至步 驟 3. 9 ; 步驟3. 9 :將瓦n的值更新為此時的功率分配ρ"(即迭代得到的pmn)，得到第m個移動 終端分配給第η種無線接入技術的能量有效的最優功率分配A "。
【專利摘要】本發明提供了一種異構無線網絡中能量有效的資源分配方法，包括步驟：初始化移動終端的功率分配；確定無線接入技術的能量有效的帶寬資源分配；分別確定每個移動終端的能量有效的功率資源分配；對移動終端發射功率進行調整，計算能量效率和；重復上述步驟，直到異構無線網絡的能量效率和的值最大。本發明首先計算出能量有效的帶寬資源分配，再根據帶寬資源分配確定能量有效的功率資源分配，使每次資源分配之后異構無線網絡的能量效率和的值增加，然后重復上述步驟，直到能量效率和的值收斂，最后得到能量有效的帶寬資源和功率資源的聯合分配，從而提升整個異構無線網絡的上行能量效率。
【IPC分類】H04W72-04
【公開號】CN104869646
【申請號】CN201510225244
【發明人】鄒經緯, 何晨, 蔣鈴鴿
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月5日