[發明專利]一種面向容量的D2D多播資源分配方法

有效

• 申請號: 201710383018.8
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107197423B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 陸忞;韋磊;郭少勇;李秋生;酈競偉;嚴東;葛平
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力公司南京供電公司;國網江蘇省電力公司;國家電網公司
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W4/06;H04W28/08;H04W72/08
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 奚銘

1.一種面向容量的D2D多播資源分配方法，其特征是小區內有M個蜂窩用戶CU，各蜂窩用戶用C_i來表示，i＝{1,2,...,M}，近距離密集用戶組成N個D2D多播組，即D2D簇D_j，j＝{1,2,...,N}，每個D2D多播組內有一個發射端和X個接收者，MN，且每個D2D接收者只屬于一個多播組，

定義一個M×N的矩陣Π＝[ζ_i,j]_M×N用來表示D2D簇的資源分配情況，其中ζ_i,j是二進制變量，用來代表第i個蜂窩用戶的資源是否被第j個D2D簇復用，如果ζ_i,j＝1表示第j個D2D簇可復用第i個蜂窩用戶的資源，否則ζ_i,j＝0，

為使系統容量最大化，并同時保證蜂窩用戶CU和D2D用戶的服務質量，目標函數為：

式(7)為目標函數，式(7a)(7b)(7c)(7d)為約束條件，其中，D表示所有D2D簇的集合，C表示所有蜂窩用戶的集合，R_i,j為系統的吞吐量，代表第i個CU用戶與第j個D2D簇資源共享時CU用戶的發射功率，表示其中最大的發射功率；代表第j個D2D簇與第i個CU用戶資源共享時D2D簇的發射功率，表示其中最大的發射功率；是用來計算R_i,j的一個參量；Γ_D,j代表D2D簇最小信噪比要求；Γ_C,i代表蜂窩用戶的最小信噪比要求，ΔR_i,j表示第f_i個信道復用后吞吐量的增加量，為未被資源復用的CU用戶的吞吐量，為第j個D2D簇與第i個CU用戶資源共享時蜂窩用戶的信道質量，為第j個D2D簇與第i個CU用戶資源共享時D2D簇的信道質量，

上述目標函數為非平衡指派問題，將其變成求一個二分圖中最大匹配的問題，所述二分圖的構建為：

構建二分圖G，用D2D簇的集合D和蜂窩用戶的集合C分別表示二分圖兩組頂點，第j個D2D簇D_j可復用第i個蜂窩用戶C_i的資源時，D_j和C_i之間有一條權重為ΔR_i,j的邊，否則它們之間有一條權重為0的虛擬邊，當CU數量M是D2D簇N的k倍，即M＝k*N時，將二分圖頂點集“D”中的N個頂點擴展為k*N個頂點；當CU數量M不是D2D簇N的k倍，即M＝k*N+b，則將二分圖頂點集“D”中的N個頂點擴展為(k+1)*N個頂點，且在蜂窩用戶的集合C虛擬N-b個頂點；

然后利用匈牙利算法對二分圖進行求解，得到的最優解用于資源分配。

2.根據權利要求1所述的一種面向容量的D2D多播資源分配方法，其特征是系統的吞吐量R_i,j表示為被資源復用的CU用戶的吞吐量與D2D用戶的吞吐量加上未被資源復用的CU用戶的吞吐量之和，ΔR_i,j表示第f_i個信道復用后吞吐量的增加量，即則R_i,j表示為D2D通信后帶來的吞吐量增加量和原始系統的CU吞吐量之和：

3.根據權利要求1所述的一種面向容量的D2D多播資源分配方法，其特征是采用匈牙利算法來解決二分圖最大權值匹配問題，具體步驟如下：

步驟一：根據擴展后的二分圖G及其邊的權重，生成效率矩陣R＝[R_pq]_kN×kN或R＝[R_pq]_{(k+1)N×(k+1)N}，p,q＝1,2,...,M，然后找到矩陣中最大元素Φ＝max{R_pq}并得到新的矩陣H＝[Φ-R_pq]；

步驟二：找出矩陣H每行最小值用h_pq-u_p得到新的矩陣再找出矩陣每列最小值用得到新的矩陣

步驟三：構造滿足的子圖δG，找出子圖δG中的最大匹配M_max，并相應的做標記，如果該最大匹配M_max是完美匹配則轉到步驟五；

步驟四：設Q表示子圖δG所覆蓋的頂點集，Ψ＝C∩Q，T＝D∩Q，找出θ滿足θ＝min{h_pq:C_p∈C-Ψ,D_q∈D-T}，使得Ψ所在行的u_p加上θ，T所在行的v_q減去θ，然后返回步驟二；

步驟五：如果該最大匹配M_max是完美匹配，則找出元素時，相對應的矩陣位置(p^*,q^*)，然后將其相對應的二進制變量其他位置的二進制變量ζ_pq＝0，然后將M_max中虛擬節點及其邊所連節點刪除，即得到最優分配方案；

步驟六：將步驟五中的資源分配結果矩陣進一步降低維度變換，從而得到資源分配的結果矩陣[ζ_ij]_M×N。