[發明專利]一種基于動量改進對偶分解的無線網絡流量分載方法

有效

• 申請號: 201810236645.3
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108495339B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 徐偉強;錢文杰;溫雨舟;王成群;程維維;史清江
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W24/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種基于動量改進對偶分解的無線網絡流量分載方法，屬于無線網絡資源分配技術領域，包括以下步驟：建立基站向接入點分載數據流量的最優化問題；每個基站根據當前的對偶變量更新相應的流量分載向量，根據更新后的流量分載矩陣更新對偶變量，重復上述過程直至流量分載矩陣達到收斂，從而得到最優的流量分載方案。本發明基于動量改進對偶分解的流量分載方法，針對傳統對偶分解算法收斂速度慢的問題，引入動量對對偶變量的更新過程進行優化，實現蜂窩網絡中流量分載問題的效用最大化，并取得比傳統對偶分解算法更快的收斂速度。

技術領域

本發明屬于無線網絡資源分配技術領域，具體為一種基于動量改進對偶分解的無線網絡流量分載方法。

背景技術

為了解決蜂窩網絡中數據流量爆炸式增長問題，有些研究者提出了一些方案對蜂窩網絡中的流量進行分載。這些方案大體上可以分成兩類：一類是在蜂窩網絡將數據傳輸給某些用戶之后，多個用戶之間通過D2D(Device-to-Device)通信的方式共享資源；另一類是利用無線接入點為用戶提供服務。對于基于無線接入點的蜂窩網絡流量分載，其關鍵在于求得一個流量分載矩陣使得網絡的效用最大。對偶分解算法是求解此類問題的一個經典算法，但是對偶分解算法存在收斂速度慢的缺陷。動量的概念來源于物理學，在經典力學中，動量表示為物體的質量和速度的乘積，是與物體的質量和速度相關的物理量，指的是物體的一種運動趨勢。

發明內容

針對傳統對偶分解算法中存在的收斂速度慢的問題，本發明的目的在于設計提供一種基于動量改進對偶分解的無線網絡流量分載方法，通過加入動量項來提高對偶分解算法的收斂速度。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于動量改進對偶分解的無線網絡流量分載方法，該方法包括以下步驟：

步驟1)：建立基站向接入點分載數據流量的最優化問題：

其中，X＝[x₁,…,x_B]^T表示流量分載矩陣，由每個基站b向接入點a分載的數據量x_ba構成；U(X),L(X)分別表示所有基站節約的成本和所有接入點的消耗；B表示基站的數量；C_a表示接入點a所能承受的最大數據容量；

為約束(b)引入對偶變量，構造式(a)的拉格朗日函數：

其中λ＝[λ₁,…,λ_A]^T∈R^A是對偶變量，A表示接入點的數量，C＝[C₁,…,C_A]^T；

步驟2)：進行初始化，包括：迭代次數k，k＝0時的流量分載矩陣X⁰，k＝0時的對偶變量λ⁰，對偶變量更新步長α，動量系數β；

步驟3)：在第k輪迭代中，每個基站b根據當前的對偶變量λ^k更新相應的流量分載向量x_b，公式如下：

步驟4)：根據更新后的流量分載矩陣X^k+1更新對偶變量λ，公式如下：

步驟5)：重復步驟3)至步驟4)，直至流量分載矩陣X達到收斂，從而得到最優的流量分載方案。

進一步地，所述步驟2)中，將動量系數β設為0.1-0.3之間的某個值，保證動量項的加速作用，同時避免系數太大導致算法不能達到收斂。