[發明專利]一種基于改進模糊聚類的D2D資源分配方法

有效

• 申請號: 201810179480.0
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108282888B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 錢志鴻;劉洋;王雪;翟雙;王鑫
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W52/24;H04W4/70;H04W4/08
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

1.一種基于改進模糊聚類的D2D資源分配方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1,使用基于改進的模糊聚類算法將D2D用戶劃分為若干個D2D用戶組，使多個D2D用戶復用同一CU用戶資源；

其中，對D2D用戶進行劃分的方法具體為：

步驟1，對于D2D用戶集，初始化聚類中心集V_k、分組數t、收斂閾值ε，設定初始迭代次數a＝1，最大迭代次數a_max；

步驟2，根據下列公式計算第j對D2D用戶在第k個分組中的隸屬度矩陣u_k,j：

步驟3，根據下列公式對隸屬度矩陣u_k,j進行修正，得到修正后的隸屬度矩陣u'_k,j：

步驟4，將修正后的u'_k,j代入下列公式，計算聚類中心v_k：

其中，N為D2D用戶對的數量，d_k,j為第j對D2D用戶與聚類中心v_k的歐氏距離，m為模糊加權指數，x_j為第j對D2D用戶的位置；

步驟5，若aa_max或者則算法停止，否則a＝a+1，跳轉到步驟2，經過多次迭代，得到最終各類別的聚類中心v_k和隸屬度矩陣u_k,j，完成對D2D用戶的分組；

其中，為第a+1迭代更新后的隸屬度矩陣，為第a次迭代更新后的隸屬度矩陣；

S2.將CU用戶的干擾容限平分至復用其資源的D2D用戶組中的每一個用戶，根據CU用戶的干擾容限計算每個D2D用戶的最大發射功率，實現功率控制；

其中，計算每個D2D用戶的最大發射功率的方法具體為：

為CU用戶設定一個最小干擾容限將CU用戶的干擾容限平分至復用其資源的D2D組中的每一個用戶，使得：

其中，表示第j對D2D用戶的發射端的發射功率，h_j,B表示第j對D2D用戶的發射端在發射信號時對基站產生干擾的信道增益，|G_k|表示劃分到第k個D2D組中的D2D用戶的個數，由此式可得，滿足該條件的D2D用戶的最大發射功率為：

第j對D2D用戶的最大發射功率表示為：

其中，P_max表示限定的D2D用戶發射端的最大功率；

S3.在保證D2D用戶組中每個用戶復用CU用戶資源后，信道容量增益是正值的前提下，用圖論中的KM算法為每一個D2D用戶組匹配最佳的復用資源來達到最大化系統吞吐量的目的；

其中，用KM算法為每一個D2D用戶組匹配最佳復用資源的方法具體為：

步驟6，在選擇復用的CU用戶之前需保證復用信道容量增益是一個正值，即滿足：

其中，表示第i條蜂窩鏈路的吞吐量，表示第j條D2D鏈路的吞吐量，表示蜂窩用戶沒有被D2D用戶復用時第i條蜂窩鏈路的吞吐量；

步驟7，將劃分到同一D2D組內的D2D用戶看作一個整體，二分圖的點集由M個可復用的蜂窩用戶和t個D2D用戶組組成，匹配中每條連線連接一個蜂窩用戶和一個D2D用戶組，表示D2D用戶組復用對應蜂窩用戶的資源，該匹配的權值就是復用信道上的傳輸容量，若第i個CU用戶與第k個D2D用戶組建立復用關系，權值表示為：

步驟8，在二分圖中的D2D用戶組中添加M-t個虛擬點，增加的點和蜂窩用戶的鏈路權值表示為

步驟9，在構建二分圖的基礎上，用圖論中的KM算法解決二分圖的匹配問題，隨著D2D用戶數目的改變，分組情況也隨之改變，D2D數目每改變一次，需要重新建立一次權值矩陣E；

KM算法具體流程如下：

步驟91，標識M×M矩陣E每一行和每一列的權重值：行的權重值表示為：g(x_p)＝max(E_p,q)，列的權重值表示為：g(y_q)＝0；

其中，E_p,q為矩陣E的元素，p＝1,2,3,…,M，q＝1,2,3,…,M；

步驟92，檢查每一行每一列都至少有一個0，如果是，跳轉步驟94，否則調整矩陣E的元素值為：E_p,q＝g(x_p)+g(y_q)-E_p,q；

步驟93，用最少的線覆蓋矩陣中所有的零元素，如果線的個數等于M，當前矩陣可以得到最大的權值匹配；否則找到矩陣中沒有被線蓋住的最小的元素值a_L，調整未被蓋住的行的權重為g(x_p)＝g(x_p)-a_L，調整列的權重為g(y_q)＝g(y_q)+a_L，并調整矩陣E的元素值為：E_p,q＝g(x_p)+g(y_q)-E_p,q；

步驟94，查找M個位于不同行和不同列中的0元素，它們的位置就是資源分配的結果。