[发明专利]基于时延区分业务和比例性速率约束的优化无线资源方法

摘要

本发明公开了一种基于时延区分业务和比例性速率约束的优化无线资源方法，该方法从物理层将业务划分为两种类型时延约束型(Delay‑Constraint,DC)业务和尽力而为型(Best‑Effort,BE)业务；具体地，本发明把优化资源分配规划成线性问题，通过引入分时参数，把指数级的混合整数规划问题转换成凸问题来求解；再对结果求拉格朗日微分得到带宽的最佳性能响应，验证其结果是否合理，若不合理，则向前修改决策；若合理，则计算出其他网络分配参数；总的说本发明克服了现有无线资源管理方法不考虑业务类型和用户之间的公平性的缺点，并满足不同类型业务对服务质量(quality of service,QoS)的多样性需求，实现数据传输速率最大化，最大限度提高系统总数据传输速率。

主权项

一种基于时延区分业务和比例性速率约束的优化无线资源管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：假设在LTE‑WLAN异构网络中，存在M个支持不同业务类型的活跃多模终端和N种可用的无线接入技术；在LTE网络中，假设基站和终端之间的无线信道是频率选择的瑞利衰落信道，每个子载波的信道较窄，因此它是平坦衰落的；rin表示在每个OFDM符号时间间隔内，用户i基于子载波n所获得的传输率，其值取决于信道增益hin和用户i基于子载波n上所分配的功率Pin；rin通常被表示为：rin=β0B0log2(1+Pin|hin|2ΓN0B0)]]>其中，N0是加性高斯白噪声的功率谱密度，Γ是一个常数，被称作信噪比间隔；在802.11协议的WLAN中，用户以TDMA的方式接入WLAN；所有的功率传输均被假设，用户i在第j个WLAN中数据传输率被表示为rij，同样对于上式中，rij被表示为：rij=βjBjlog2(1+Pij|hij|2ΓN0Bj)]]>其中，β表示所提供的子系统的频谱效率，即每个子系统的有效性；步骤二：根据业务时延要求的不同，M个MMT被区分为两种类型：第一类DC型MMT，数量为K个，其业务的最低传输速率要求为(i＝1,2,...,K)；第二类型有(M‑K)个BE型MMT，虽然没有时延约束，以尽力而为的方式进行数据传输，但是传输速率受到比例性公平条件约束DC型MMT和BE型MMT的条件分别表示为：ri≥Rimin,i=1,2,...,K,]]>rK+1:rK+2:...:rM＝γK+1:γK+2:...:γM；步骤三：在用户比例性速率约束下，计算所有用户的最大总速率：MaxΣi=1MRi]]>subjecttoΣj=0Lαij≤1,∀i,αij∈{0,1},∀i,j]]>Σi=1Mfin≤1,∀n,fin∈{0,1},∀i,n]]>Σi=1Mtij≤1,∀j,0≤tij≤1,∀j,i]]>Ri=Σn=1Nfinr0in+Σj=1Ltijrij]]>Ri≥Rimin,∀i=1,2,...,K]]>Riγi=RK+1γK+1,∀i∈K+1,K+2,...,M;]]>步骤四：定义ρij表示用户i在网络j，其中1≤j≤N是指LTE网络，N+1≤j≤N+L是指第j个WLAN中的时间帧分配参数，并引入了一个变量sij，令sij＝ρijPij，定义αij＝|hij|2/ΓkN0Bj，并借助时间帧分配参数ρij，将Ri改写为约束条件改写为Ri≥Rimin,∀i=1,2,...,K]]>Riγi=RK+1γK+1,∀i∈K+1,K+2,...,M]]>Σi=1MΣj=1N+Lsij=PT]]>Σi=1Mρij=1,∀j]]>sij≥0,0≤ρij≤1,∀i,j;]]>步骤五：利用主问题的拉格朗日函数对sij求偏微分，再把结果代入到卡罗需‑库恩‑塔克(Karush‑Kuhn‑Tucker,KKT)条件里，即可得到步骤六：利用梯度投影方法，得到带宽的最佳性能响应为并由步骤五中的结论得到sij；步骤七：考虑主问题的对偶函数的连续微分式，利用梯度投影法更新优化目标函数的非负拉格朗日乘子，求出合适的ρij和sij后，得到目标函数的优化解；其中，B0表示子载波带宽、Bj表示第j个WLAN的带宽、αij表示用户i在网络j的网络选择参数、fin表示用户i在LTE的资源块n中的资源分配参数、tij表示用户i在第j个WLAN网络的时间帧分配参数、r0in表示用户i基于资源块n所获得的传输率、sij表示用户i实际占用所分配到的第j个子载波(1≤j≤N)或第j个WLAN(N+1≤j≤N+L)的功率、vi和μ是约束条件的非负拉格朗日乘子、δ是变量ρij的恒定迭代步长、MMT表示多模终端、DC表示时延约束型、BE表示尽力而为型。