[发明专利]一种面向电力物联网海量终端的接入控制与资源分配方法

权利要求书

1.一种面向电力物联网海量终端的接入控制与资源分配方法，其特征在于：

1)在接入控制阶段，考虑在信息不对称情况下利用契约理论设计激励机制，鼓励M个延迟容忍设备推迟接入时间以获得更大接入概率，具体包括：

(1)首先考虑M个设备类型时，在类型θ_m的情况下签订合同项目(T_m，B_m)，基站的预期效用为：

T_m和B_m分别表示类型为θ_m的延迟容忍设备推迟接入的时间和其相应的奖励，P_m表示延迟容忍设备DT_m′属于类型θ_m的概率；M个延迟容忍设备构成{DT₁，...，DT_m，...，DT_M}，m表示延迟容忍设备DT_m的序号，1≤m≤M；

(2)基站的目标是在信息不对称的情况下，通过优化每个项目条款最大化预期效用，因此相应的目标函数为：

P1：

s.t.C₁：θ₁B₁-γ₁T₁＝0，

C₂：γ_mT_m＝γ_mT_m-1+θ_m(B_m-B_m-1)，2≤m≤M，

C₃：0≤B₁＜…＜B_m＜…＜B_M，

C₄：

C₁、C₂、和C₃分别为个人理性、激励兼容性和单调性约束，C₄为T_m的上界；通过使用KKT条件求解目标函数中的最优契约，该契约规定了延迟容忍设备推迟接入时间与获得的奖励之间的关系；γ_m为设备延迟接入时间T_m所需的成本；

2)通过李雅普诺夫优化方法将长期的网络优化问题转化为短期优化问题，制定了一种有效的跨层资源分配方法；通过联合优化网络层的速率控制和物理层的功率分配和信道选择子问题，提高网络性能，具体包括：

(1)为了最大化所有设备的长期满意度同时降低网络时延和提高网络稳定性，首先定义时隙t内的李雅普诺夫函数为：

Q_k(t)表示队列k的积压，Y_k(t)是虚拟时延队列，Z(t)为虚拟功率队列，k表示队列序号，K表示队列的最大值，T表示时隙最大值，U_k(.)表示应用层满意度，R_k(t)是采集速率，G(t)表示李雅普诺夫函数的变量；其次，根据李雅普诺夫漂移定理定义每个时隙t内的条件李雅普诺夫漂移为：

最后，根据李雅普诺夫漂移加惩罚理论，在给定非负控制参数V的情况下，得出漂移减奖励的上限为：

对上式进行拆分，原始的长期优化问题能够被解耦为短期的相互独立的速率控制和联合功率分配与信道选择子问题，v_k(t)为延迟敏感设备DS_K的传输速率，为平均延迟约束的最大值，P_mean为功耗的时间平均约束上限；E(t)表示网络的总能耗，N表示正交子信道数量，n表示信道选择指示符x_k，n(t)的正交子信道序号，1≤n≤N：

(2)速率控制子问题被表示为：

P2：

s.t.C₆：

其中，f₁[R_k(t)]＝Q_k(t)R_k(t)-VU_k[R_k(t)]，P2是凸规划问题，可以通过使用KKT条件来解决；

(3)联合功率分配和信道选择子问题被表示为：，

P3：

s.t.C₅：

C₇：

C₈：

C₉：

其中，x_k，n(t)表示信道选择指示符，是一个二值变量，x_k，n(t)＝1表示子信道S_n分配给延迟敏感设备DS_k，否则，x_k，n(t)＝0；p_k(t)是延迟敏感设备DS_k的发送功率；K个延迟敏感设备构成{DS₁，...，DS_k，...，DS_K}，k表示延迟敏感设备DS_k的序号，1≤k≤K；Ds_K＝{DS₁，...，DS_k，...，DS_K}；

由于整数变量和连续变量耦合在一起，因此P3作为NP求解困难，为了提供易处理的解决方法，P3可以转换为二维匹配问题，MTC设备对信道S_n的喜好为：

其中，φ(DS_k)＝S_n代表延迟敏感设备DS_k选择信道S_n，为选择某一信道后所解得的最优功率；Λ_n是选择相应信道的价格，初始值为零；

根据建立的喜好表，在匹配过程中执行“提出申请”和“提高价格”的过程，以获得设备和信道之间的稳定匹配。