[发明专利]一种超密集异构网络中的用户连接和虚拟资源分配方法

权利要求书

1.一种超密集异构网络中的用户连接和虚拟资源分配方法，其特征在于针对虚拟化的超密集异构网络中的混合业务场景，提出了一种有效的用户连接和资源分配算法，能够提升网络性能，所述的方法包括如下步骤：

第一步：采集网络信息，初始化参数，其中采集的网络信息包括：服务提供商数目N、宏站数目M、小站数目ρ，用户数目K，BE业务用户服务质量需求为0，QoS用户服务质量需求为最小速率需求R_k-min；初始化所有用户的连接状态为未连接，初始化所有用户分得的资源为0；

第二步：资源分配时，采集用户信息，根据得到的信息计算用户的SINR，采集用户信息通过信道估计方法，得到信道增益信息，根据得到的信道增益信息，计算用户的SINR，计算公式如下：

其中表示信道增益信息，包含路径损耗，阴影衰弱，天线增益，j表示基站编号，编号从0到M-1表示宏站，编号大于等于M表示小站，n，k分别表示服务提供商编号和用户编号，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；

第三步：生成两个队列Q₁和Q₂分布用于存储QoS用户和BE用户，两个队列中的用户的SINR进行降序排列；

第四步：依次将Q₁，Q₂中用户的服务需求发送给所有基站；

第五步：在基站上生成两个队列Q₃和Q₄，将QoS用户放入队列Q₃，将BE用户放入队列Q₄，队列Q₃和Q₄中根据用户的SINR进行降序排列；

第六步：基站分别为QoS用户和BE用户初始化资源分配，QoS用户的效益函数表示为：

其中C₁表示QoS用户对于资源的需求程度，其值由服务提供商根据实际需要自行确定，r₀表示QoS用户的服务质量需求，r表示实际的用户速率；

所述的基站为QoS用户初始化资源分配时，基站按照队列Q₃中的用户次序为用户分配资源使得用户的效益达到0.99，如果基站资源不足，无法使该用户的效益达到0.99，则为用户分配资源使其效益达到0.5，如果基站资源仍然不足，就不为该用户分配资源，表示基站无法服务此用户；

BE用户的效益函数表示为；

其中C₂用来调整效益函数的斜率；参数B影响效益函数的值域，通过调整B来调整效益函数的取值范围；对于式中的BE用户来说，服务质量需求为0，因此r₀为0，r表示实际的用户速率；C₂和B的值由服务提供商根据实际需要自行确定；

所述的基站为BE用户初始化资源分配时，基站按照队列Q₄中的用户次序为用户分配资源使得用户的效益达到0.49，如果基站资源不足，无法使该用户的效益达到0.49，则将资源全部分配给该用户；如果所用用户都处理完，还有剩余资源，则将剩余资源平均分配给所有BE用户；

第七步：确定资源分配目标；对于任意一个用户的分配公式如下：

其中，U_n,k(r)表示用户的效益，κ_j表示连接到基站j的用户集合，y_n,,k表示基站给SP n的用户k分配的资源比例，β_n表示基站为服务提供商n设置的资源单价，W^jP^j表示基站的频谱功率积，μ是拉格朗日乘子，是一个常数，α_n,k表示服务提供商n为用户k设置的资源单价，λ表示所有服务提供商，所有用户的边界效益函数相等，等于一个常数；

第八步：根据用户的边界效益进行排序，排序的方法如下：

将Q₃和Q₄中的所有用户放入一个新的队列Q₅中，所有用户根据式(4)升序排序；

式(4)表示效益函数对资源分配因子的偏导数，即得用户的边界效益函数；

第九步：通过队列Q₅中的资源分配结果，计算N个服务提供商分配的资源数目，将效益低的用户资源重新分配给效益高的用户；

第十步：计算总的效益，如果效益增加，则重复第八步到第十步的操作，如果效益没有增加，则进行第十一步操作；

第十一步：基站运行资源分配方法之后，将资源分配结果反馈给用户，用户得到基站的反馈之后选择使其效益最高的基站进行连接；

第十二步：用户选择基站连接之后，基站重新运行资源分配方法，为与其连接的其他用户分配资源；

第十三步：当有新用户到来，重复第四步到第十二步的操作；

第十四步：停止。

2.根据权利要求1所述的超密集异构网络中的用户连接和虚拟资源分配方法，其特征在于，所述的第九步和第十步中资源的重新分配以及迭代的过程包括以下三种方式：

1)在队列Q₅中将第一个用户的资源分配给最后一个用户，重新计算总效益和β_n，如果效益增加，则保存分配结果；

2)如果总的效益没有增加，在队列Q₅中将资源最多的服务提供商的第一个用户的资源分配给最后一个用户，重新计算总效益和β_n，如果效益增加，则保存分配结果；

3)如果总的效益没有增加，找出队列Q₅中最后一个用户所属的服务提商在队列Q₅中的第一个用户，将该用户的资源分给最后一个用户，如果效益增加，则保存分配结果，如果效益没有增加，则资源分配结束；每一次重新调整资源分配之后重新对队列Q₅进行排序，再次调整资源分配，直到资源分配结束。