[發明專利]基于POMDP的受控無線網絡系統動態資源分配方法有效
| 申請號： | 201510271561.X | 申請日： | 2015-05-25 |
| 公開（公告）號： | CN105007582B | 公開（公告）日： | 2018-03-16 |
| 發明（設計）人： | 張延華;李萌;閆玉瑋;孫恩昌;司鵬搏;楊睿哲;孫艷華 | 申請（專利權）人： | 北京工業大學 |
| 主分類號： | H04W16/10 | 分類號： | H04W16/10;H04W72/08 |
| 代理公司： | 北京思海天達知識產權代理有限公司11203 | 代理人： | 劉萍 |
| 地址： | 100124 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 pomdp 受控 無線網絡 系統 動態 資源 分配 方法 | ||
1.基于POMDP的受控無線網絡系統動態資源分配方法，其特征在于：在某個通信小區內，包含有一個具有N根天線的基站和M個單天線的用戶，當已知小區用戶接入數的狀態轉移概率矩陣和反饋網絡用戶接收功率和數據傳輸誤碼率的QoS指標的觀測矩陣后，依據某一時刻用戶接入數的信度狀態概率，從而獲得此時刻具有最大收益的基站天線開啟數和下一時刻小區用戶最優接入數，具體依次按以下步驟實現：
步驟(1)，系統初始化，根據實際情況有：
小區內包含有M個單天線用戶，某一時刻，需要接入基站的用戶數表示為s1,s2,…,sm,…,sM，sm表示有m個用戶接入基站，同時，包含有一個N根天線的基站，開啟天線數表示為T1,T2,…,Tn,…,TN，Tn表示基站開啟n根天線；基站與各用戶之間的傳輸帶寬為B，信道衰落系數均為hS,D，基站發送功率為Ptotal，各發送天線均相同，對應每根天線的發送功率Ptr＝Ptotal/N，系統噪聲功率表示為σ；
步驟(2)，構造用戶接入基站數的狀態轉移矩陣：根據基站開啟各個天線數，確定小區內用戶接入數的轉移概率矩陣，當基站開啟天線數為Tn時，小區用戶接入數轉移概率矩陣Sn表示為：
用si表示當前時刻，用戶接入基站數為i個，其中1≤i≤M，s'j表示下一時刻，用戶接入基站數為j個，其中1≤j≤M，pij表示用戶接入基站數從i個到j個的概率，其計算方法表示如下：
當基站開啟天線數為Tn時，隨機重復A次觀測，觀察用戶接入數轉移情況，當用戶接入基站數從i個轉移到j個共有B(B≤A)次時，概率pij表示為：
步驟(3)，構造反饋觀測矩陣：根據反饋控制策略，針對系統待優化的反饋QoS目標，即用戶接收功率和用戶傳輸誤碼率，確定觀測矩陣，具體步驟如下：
步驟(3.1)，當開啟天線數為Tn，用戶接入基站數為m時，計算用戶接收功率，表示為：
其中，基站的發射功率為Ptotal，每一根天線的發射功率表示為Ptr＝Ptotal/N，ln為基站與用戶之間的距離，Hn為用戶天線高度，hS,D為路徑衰落系數；
步驟(3.2)，當開啟天線數為Tn，用戶接入基站數為m時，計算用戶傳輸誤碼率：
小區內用戶接收基站發送數據的誤碼率會隨用戶接入數與基站開啟數，以及路徑損耗有關，因此，用戶接收誤碼率表示為：
步驟(3.3)，當基站開啟天線數為Tn時，根據用戶接收功率和用戶傳輸誤碼率，計算系統反饋觀測概率矩陣On，表示為：
其中，o1表示考慮用戶接收功率所帶來的影響，o2表示考慮數據傳輸誤碼率所帶來的影響，ppm1表示在用戶接入數是m個的情況下，滿足用戶接收功率的門限閾值α的概率，ppm2表示在用戶接入數是m個的情況下，滿足用戶誤碼率的門限閾值β的概率，門限閾值α和β分別滿足：
ppm1和ppm2的計算方法如下：
其中，δ和ε分別滿足：
0<δ≤1,0<ε≤1
步驟(4)，在完成步驟(1)-步驟(3)構造用戶數轉移矩陣和反饋觀測矩陣后，開始計算每一時刻的最優資源分配，按下式計算所述的用戶信度狀態概率，即根據天線開啟數Tn所對應的狀態轉移矩陣Sn和反饋觀測矩陣On，以及上一時刻k-1的用戶信度狀態值b(s)nlm，計算此時刻k的bnlm值：
η＝1/Pr(o|b,T)
其中，Sn(s'm|sm,Tn)表示在基站開啟天線數為Tn時，用戶接入數從sm轉移到s'm的概率，On(ol|s'm,Tn)表示在基站開啟天線數為Tn時，接入用戶數s'm對應第l種反饋QoS優化目標的概率，l＝1或l＝2，η為中間變量，第一時刻的初始b(s)nlm值設定為：
分別計算后，分別帶入bnlm值，得到在基站天線開啟數從1至TN、接入用戶數從1到M、對應兩種反饋QoS優化目標的b'(s')nlm矩陣：
步驟(5)，計算基站開啟天線數為Tn、接入用戶數為sm時的系統傳輸速率cnm，即對應各種情形所獲得的數據傳輸速率C：
其中，
步驟(6)，根據步驟(4)所得的b'(s')nlm和步驟(5)所得的數據傳輸速率C，計算系統在考慮第l種反饋QoS優化目標時，l＝1或l＝2，基站天線開啟數從1至Tn所獲得的系統收益
其中，Rnm＝cnm·bnlm；
步驟(7)，確定優化目標：
步驟(7.1)，對應第l種反饋QoS優化目標方法，確定收益表示為：
即選取中最大的Rnm所對應的Tn，即為當前時刻k時，對應考慮第l種反饋QoS優化目標方法時應開啟的基站天線數，l＝1或l＝2，對應的sm，即為下一時刻k+1時，小區用戶接入數的初始狀態b(s)nlm；
步驟(7.2)，綜合考慮用戶接收功率和數據傳輸誤碼率的最大收益，表示為：
其中，γ和λ分別為兩種反饋QoS優化目標方法所對應的權重系數，滿足：
若優先考慮用戶接收功率，則有γ>λ；若優先考慮數據傳輸誤碼率，則有γ<λ。
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