[發明專利]一種保障用戶移動性和時延需求的分布式用戶關聯方法

有效

• 申請號: 202110574818.4
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113382426B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 戴翠琴;李時鵬;雷繼兆;戴成偉;楊洋
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04B7/185
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

1.一種保障用戶移動性和時延需求的分布式用戶關聯方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1:根據基站覆蓋范圍建立用戶與基站初始關聯集，計算用戶u到基站b的視線距離d_u,b，根據d_u,b與基站覆蓋半徑r_b之間的關系d_u,b＜r_b，得到用戶u與基站b的初始關聯集；

S2:根據用戶移動性劃分不同的可關聯基站子集；

S3:根據用戶時延需求劃分不同的可關聯基站子集；

S4:設定衛星回傳信噪比閾值；

S5:判斷衛星回傳容量是否因雨雪衰減而受限，若是，則構建用戶傳輸速率和與接入用戶數最大化的優化模型，否則，構建用戶傳輸速率和與基站負載折衷的優化模型；

S6:在衛星回傳容量限制下對各關聯子集采用分布式最大需求算法，旨在最大化用戶傳輸速率和與用戶數量；在滿足用戶最低速率需求的條件下對各關聯子集采用匹配算法，實現基站間負載均衡；

所述步驟S1中用戶到基站的視線距離為：

其中(x_u,y_u),(x_b,y_b)分別為用戶u和基站b的坐標，根據d_u,b與基站覆蓋半徑r_b之間的關系，構建了U×B的用戶與基站初始關聯矩陣A，其中矩陣元素a_u,b的取值為：

a_u,b表示用戶u與基站b的初始關聯關系，并且將公式(2)作為后續計算用戶可關聯基站的約束條件；

所述步驟S2根據用戶移動性劃分不同的可關聯基站集：

其中，b為用戶關聯的基站，b＝0表示衛星輔助基站，b＝1表示地面網絡宏基站，2≤b≤B表示地面網絡小基站，v_u為用戶u的移動速度，v為設定的速度閾值；

所述步驟S3根據用戶時延需求劃分不同的可關聯基站集：

T_u表示用戶時延需求類型，若當前用戶為時延敏感型用戶T_u＝1，否則，T_u＝0；

所述步驟S4中衛星接收信號的信噪比SNR_s為：

其中，P_s為衛星輔助基站的發射功率，G_s為衛星輔助基站發射天線增益，G_sat為衛星接收天線增益，L_o為空間中其他衰落，其他衰落包括雨、雪、水蒸氣、云霧在內的衰落，d_s,sat為衛星輔助基站到衛星的視線距離，σ²為噪聲功率；

所述步驟S4中設定衛星回傳信噪比閾值：

其中，為衛星回傳的實際容量，是根據信噪比計算得到的回傳容量，α取值為0到1之間的常系數，表示設定的信噪比閾值；

所述步驟S5中，若回傳容量受限，則構建用戶傳輸速率總和與接入用戶數量最大化的優化模型，具體包括：

步驟S5中用戶u傳輸速率r_u,b：

其中，用戶u∈{1,...,U},U為網絡中用戶數，W_u表示基站分配給用戶u的帶寬，p_u表示用戶u的發射功率，表示用戶u與基站b之間的信道增益，x_u',b表示用戶u′∈{1,...,U}-{u}與基站b的關聯關系，表示用戶u′與基站b之間的信道增益，p_u′表示用戶u′的發射功率，表示接入基站b的所有u′用戶帶來的干擾，σ²表示噪聲功率；

步驟S5中用戶傳輸速率和與接入用戶數量最大化的優化模型：

符合：

C1:x_u,b∈{0,1}

C2:

C3:

C4:

C5:

C6:

其中，λ為調節參數，約束C1中x_u,b表示用戶u與基站b的連接關系，x_u,b＝1表示用戶u與基站b關聯，否則，x_u,b＝0；約束C2表示用戶u同時只能與一個基站b建立鏈路連接；約束C3意味著用戶u與基站b的關聯關系x_u,b必須建立在其初始關聯a_u,b約束下；約束C4表示每個基站接入數據速率總和不能超過基站回傳容量約束C5表示用戶移動性與可關聯基站之間的關系；約束C6表示用戶時延類型與可關聯基站之間的關系；

所述步驟S5若回傳容量達到最大，則構建用戶傳輸速率總和與基站負載折衷的優化模型，具體包括：

先定義各基站b的負載率L_b為：

其中，表示基站b的回傳容量；

步驟S5用戶傳輸速率和與基站負載折衷的優化模型：

符合：

C1:x_u,b∈{0,1}

C2:

C3:

C4:

C5:

C6:

C7:

其中，約束C4表示用戶u傳輸速率r_u,b必須大于最小傳輸速率閾值以滿足用戶QoS需求，β是調節參數。