[发明专利]基于能耗优化的M2M通信联合成簇及资源分配方法

权利要求书

1.一种基于能耗优化的M2M通信联合成簇及资源分配方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：建模簇头选择变量，包括：令网络内具有接入请求的M2M设备数为M，1≤j≤M，记α_j∈{0,1}表示簇头选择变量，若α_j＝1，表示将M2M设备j选择为簇头，记为CH_j，反之，α_j＝0；

S2：建模机器间(Machine-to-Machine,M2M)设备与簇头关联变量，包括：令δ_i,j∈{0,1}表示M2M设备i与簇头CH_j的关联变量，若δ_i,j＝1，表示M2M设备i与簇头CH_j建立关联，反之，δ_i,j＝0；

S3：建模M2M设备总能耗为：

E^Total＝E^CH+E^CM+E^b

其中，E^CH表示网络中簇头向基站传输数据时对应的总能耗，E^CM表示网络中M2M设备向关联簇头传输数据时对应的簇内通信模式总能耗，E^b表示网络中M2M设备向基站传输数据时对应的蜂窝通信模式总能耗；

所述网络中簇头向基站传输数据时对应的总能耗具体包括：根据公式计算簇头CH_j向基站传输数据时对应的能耗，其中，表示簇头CH_j的发送功率，表示簇头CH_j向基站传输数据的发送时长；根据公式建模其中，表示簇头CH_j向基站传输的数据量，表示簇头CH_j向基站传输数据时对应的传输数据速率；根据公式建模其中B为基站的可用带宽，表示簇头CH_j与基站之间的链路信道增益，N₀表示噪声功率谱密度；

S4：建模簇内通信模式总能耗E^CM为：具体包括：根据公式计算M2M设备i向关联簇头CH_j传输数据时对应的能耗，其中，表示簇内通信模式下M2M设备i向关联簇头CH_j传输数据时的发送功率，表示M2M设备i向关联簇头CH_j传输数据的发送时长；根据公式建模其中，S_i表示M2M设备i向关联簇头CH_j传输的数据量，表示M2M设备i向关联簇头CH_j传输数据时对应的传输数据速率；根据公式建模其中，表示簇头CH_j进行簇内通信时的可用带宽，表示M2M设备i与簇头CH_j之间的链路信道增益，N₀表示噪声功率谱密度；

S5：建模蜂窝通信模式总能耗E^b为：具体包括：根据公式计算蜂窝通信模式下M2M设备i向基站传输数据时对应的能耗，其中，表示M2M设备i向基站传输数据时的发送功率，表示M2M设备i向基站传输数据的发送时长；根据公式建模其中，S_i表示M2M设备i向基站传输的数据量，表示M2M设备i向基站传输数据时对应的传输数据速率；根据公式建模其中，表示M2M设备i与基站之间的链路信道增益，B为基站的可用带宽，N₀表示噪声功率谱密度；

S6：建模M2M设备成簇及资源分配需求限制条件，具体包括：

1)簇头数目限制条件建模为其中，N表示网络内最大簇头数目；

2)簇内成员数量限制条件建模为其中，K表示簇头CH_j可以关联的最多用户数目；

3)用户关联与簇头选择限制条件建模为δ_i,j≤α_j，即仅当M2M设备j被选为簇头CH_j时，M2M设备i可与簇头CH_j建立关联；

4)用户关联簇头限制条件建模为即M2M设备i最多可关联一个簇头；

5)发送功率限制条件建模为即每一个M2M设备的发送功率p_i低于其最大发送功率，表示第i个设备的最大发送功率；

6)传输数据速率限制条件建模为其中，表示M2M设备i的最低业务传输数据速率，R_i表示M2M设备i的传输数据速率，建模为其中，表示M2M设备i向关联簇头CH_j传输数据时对应的传输数据速率，表示M2M设备i向基站传输数据时对应的传输数据速率；

S7：基于M2M设备总能耗最小化确定联合成簇及资源分配策略；

在满足所述M2M设备成簇及资源分配需求限制条件下，以M2M设备总能耗E^Total最小化为目标，优化确定M2M设备联合成簇及资源分配策略，即

其中，表示簇头CH_j的最优选择策略，表示M2M设备i与簇头CH_j的最优关联策略，表示M2M设备i的最优发送功率策略，E^Total表示M2M设备总能耗，表示簇头CH_j的发送功率，表示簇内通信模式下M2M设备i向关联簇头CH_j传输数据时的发送功率，表示M2M设备i向基站传输数据时的发送功率。