[發(fā)明專利]一種面向電力物聯(lián)網(wǎng)的跨層資源分配方案

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910148634.4
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN109905864B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周振宇;陳亞鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W28/10;H04W72/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 杜陽陽

1.一種面向電力物聯(lián)網(wǎng)的跨層資源分配方法，其特征在于：

1)考慮在有關(guān)數(shù)據(jù)隊列和信道統(tǒng)計信息未知情況下利用李亞普諾夫優(yōu)化方法對電力物聯(lián)網(wǎng)中各種機器類通信設(shè)備M2M對傳輸?shù)椒涓C中的數(shù)據(jù)隊列進行優(yōu)化，轉(zhuǎn)換長期優(yōu)化問題為一系列在時隙t內(nèi)的速率控制子問題和資源分配子問題，以最終實現(xiàn)長期的平穩(wěn)狀態(tài)并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能；具體包括：

(1)首先建立隊列模型，M2M對M_N對應(yīng)的隊列積壓隨時隙t的變化情況如下：

Q_n(t+1)＝[Q_n(t)-R_n(t)]⁺+A_n(t)

[x]⁺表示max(x，0)，R_n(t)表示傳輸速率，A_n(t)表示數(shù)據(jù)準入速率，

(2)設(shè)定MOS評價模型為：

MOS[A_n(t)]＝η_nlog₂[A_n(t)]

參數(shù)η_n∈[0，1]表示對M_n設(shè)置的優(yōu)先級參數(shù)，

(3)在蜂窩用戶設(shè)備和M2M對共存的OFDM系統(tǒng)中，帶寬被均分為K個子信道，每個子信道的帶寬為B，傳輸信道被建模如下：

表示一個關(guān)于是否在時隙t將蜂窩用戶設(shè)備C_k占用的子信道S_k分配給M_n的二值決策變量，表示此時從基站到M2M對接收機的SINR回程信道信噪比，而之前的上行鏈路傳輸信噪比SINR值被表示為對應(yīng)分別由下式求出：

p_k(t)表示C_k在時隙t內(nèi)的發(fā)射功率，g_k(t)表示C_k在時隙t內(nèi)的發(fā)射功率增益，表示C_k與基站之間的距離，α_c表示所有蜂窩用戶設(shè)備在當(dāng)前場景下的路徑損耗參數(shù)，N₀表示環(huán)境的加性高斯白噪聲大小，對應(yīng)的，p_n(t)、g_nk(t)、和α_M分別表示時隙t內(nèi)MT_n的發(fā)射功率、發(fā)射功率增益、MT_n與基站之間的距離、MT_n與MR_n之間的距離、C_k與MR_n之間的距離以及路徑損耗參數(shù)，

(4)長期的數(shù)據(jù)準入速率約束和延遲約束被規(guī)定如下：

(5)最終，最大的加權(quán)MOS優(yōu)化問題被建立如下：

s.t.C₁：

C₂：

C₃：

C₄：

C₅：

C₆：隊列Q_n(t)是強穩(wěn)定的，

C₇：

C₈：

用于表示子信道選擇策略，P＝{p_n}用于表示功率優(yōu)化策略，R＝{R_n}用于表示數(shù)據(jù)準入速率控制策略，約束C1和C2是為了確保每個子信道在每個時隙最多可以由一個M2M對重用，反之亦然，C3指定M2M對的傳輸功率約束，C4是蜂窩用戶設(shè)備和M2M對的SINR閾值約束，C5為基站的最大可承受數(shù)據(jù)隊列速率，C6是M2M對的穩(wěn)定性約束，C7和C8確保同時保證M2M對的每個子信道的速率要求和時間平均延遲，

(6)為解決上述優(yōu)化問題，引入關(guān)于平均速率和功率時延相關(guān)的虛擬隊列：

Y_n(t+1)＝[Y_n(t)-A_n(t)]⁺+O_n(t)

Z_n(t+1)＝[Z_n(t)-D_nR_n(t)]⁺+Q_n(t)

則上述問題被轉(zhuǎn)化為：

s.t.C₁、C₂、C₃、C₄和C₅

C₆：隊列Q(t)、Y_n(t)和Z_n(t)是強穩(wěn)定的，

M2M對的三個隊列的聯(lián)合隊列積壓為：

則瞬時的李雅普諾夫漂移量Δ(G(t))為：

X為一個非負常量，瞬時為從一個時隙到下一個時隙；

速率控制子問題被表示為：

s.t.C₅

其中，可以應(yīng)用低復(fù)雜度的凸優(yōu)化工具進行求解，

s.t.C₁，C₂，C₃和C₄

其中，在確定的情況下，同樣可以應(yīng)用凸優(yōu)化工具求解；

2)在優(yōu)化過程中，應(yīng)用蓋爾-沙利普匹配算法，完成子信道選擇，即M2M對通過復(fù)用蜂窩網(wǎng)中原有用戶的信道完成數(shù)據(jù)傳輸，具體包括：

首先需要建立M2M對和蜂窩用戶設(shè)備的雙向偏好度列表，每個M2M對不同子信道的偏好由其傳輸速率表示，通過將每個M2M對與每個子信道短暫連通以獲得與每個子信道對應(yīng)的傳輸速率；每個蜂窩用戶設(shè)備是否愿意將子信道提供給M2M對則由SINR值的大小決定，對用戶本身造成的干擾越大，即SINR值越小，則越不愿意；

然后通過迭代的匹配算法最終實現(xiàn)一個穩(wěn)定的匹配φ；具體過程包括：

步驟1：每個M_n向其偏好度列表中排第一位且未對自己表達拒絕的S_k提出匹配申請；

步驟2：若對應(yīng)的S_k尚未被選擇，則兩者匹配成功，若已被選擇，則比較申請者與原匹配者在子信道中的排序，選擇其中靠前的一個M2M對，同時拒絕另一位；

步驟3：重復(fù)步驟1、2，直到每個M_n都選擇了其中一個子信道，并被其余所有子信道拒絕。