[發明專利]一種資源復用場景下MTC網絡的簇數目規劃方法

有效

• 申請號: 201911298206.6
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110996326B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 張銳;彭艷婷;李勇朝;李濤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W16/06
• 分類號: H04W16/06;H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

1.一種資源復用場景下MTC網絡的簇數目規劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)構建機器類型通信MTC網絡模型并進行劃分：

(1a)構建包括設置在小區中心的基站BS，以及均勻分布在小區的n個MTC設備的機器類型通信MTC網絡模型，n≥4，且n服從密度為λ的均勻空間泊松分布，基站BS的覆蓋半徑為R；

(1b)按照地理相似性將n個MTC設備劃分為l個簇，l≥2，并將每個簇所包含的m個MTC設備中的任意一個作為簇頭CH，m≥2，將其余MTC設備作為簇成員CM，設CH的簇頭概率因子為p，p∈(0,1)，則l＝np，m＝1/p；

(2)制定MTC網絡的通信準則：

在每個周期T內，每個簇成員CM在時長t₀內向其簇頭CH發送平均數據包長度為D_l的數據包，簇頭CH匯聚簇內所有簇成員CM的數據包后在時長t₀內轉發至基站BS，其中t₀＜T；

(3)對MTC網絡的通信頻段資源進行分配：

將MTC網絡中頻段寬度為W₁的簇間通信頻段資源劃分為l個正交的簇間通信子頻段，用于實現l個簇頭CH與基站BS的通信，將頻段寬度為W₂的簇內通信頻段資源劃分為m個正交的簇內通信子頻段，用于實現m個簇內簇成員CM與簇頭CH的通信，且每個簇內通信子頻段能被不同的簇重復使用；

(4)構建MTC網絡平均功率消耗的優化模型：

(4a)建立簇間干擾平均功率E[I_r]的函數表達式和簇內簇成員CM的平均數據速率E[R(CM)]的函數表達式：

其中，P_t(CM)為每個簇成員CM的傳輸功率，Z_r為簇間干擾的陰影效應因子，E[PL(a)]為每個簇頭CH與簇內其他簇成員CM之間的平均路徑損耗，Z_a為每個簇頭CH與簇內其他簇成員CM之間的陰影效應因子，N₀為熱噪聲功率，E[PL(r)]為簇間干擾的平均路徑損耗，E[D_r]為簇間干擾的平均距離，E[D₁]為每個簇內接收該簇每個簇成員CM發送的平均數據包長度為D_l的數據包的簇頭CH與基站BS的平均通信距離，θ為任意兩個簇頭CH與基站BS之間的夾角，θ∈[0,2π]，為對函數f(θ)在θ∈[0,2π]上進行積分；

(4b)構建決策變量為簇頭概率因子p，目標函數為網絡平均功率消耗E[P_Σ]，約束條件為C1、C2和C3的MTC網絡平均功率消耗的優化模型：

s.t.C1:0≤E[I_r]≤I_th

C2:E[R(CH)]≥m·D_l/t₀

C3:E[R(CM)]≥D_l/t₀

其中，E[R(CH)]為簇頭CH的平均數據速率，I_th為簇間干擾功率門限；

(5)求解MTC網絡平均功率消耗的優化模型：

(5a)計算滿足約束條件C1和C2的可行區間其中和分別表示可行區間U₁的上界max(p1,p2)和下界min(p3,p4)，并判斷U₁是否為空集，若是，執行步驟(5d)，否則，執行步驟(5b)；

(5b)計算滿足約束條件C3的可行區間其中和分別表示可行區間U₂的上界和下界，并判斷U₂是否為空集，若是，執行步驟(5d)，否則，執行步驟(5c)；

(5c)計算可行區間U₁與可行區間U₂的交集其中和分別表示可行區間U的上界和下界并判斷U是否為空集，若是，執行步驟(5d)，否則，將作為最優簇頭概率因子p^*；

(5d)將區間(0,1)上的隨機值rand(0,1)作為最優簇頭概率因子p^*；

(6)獲取資源復用場景下MTC網絡的簇數目規劃結果：

根據最優簇頭概率因子p^*計算MTC網絡的最優簇數目l^*。