一种分布式端到端用户和蜂窝网络用户关联及时间分配方法组成比例

一种分布式的端到端用户和蜂窝网络用户关联及时间分配方法，当DU i和CU j关联时，计算它们的吞吐率；将问题建模为在保证单个用户最小吞吐率的情况下，最大化系统吞吐率问题；当DU i和CU j关联时，为它们分配时间片；建模DU和CU关联子问题，转换为最大权重二分匹配问题；DU向CU广播峰值速率和最小数据速率，CU向DU发送时间片大小和吞吐量；DU和CU计算各自邻居集合，选择初始收益，向邻居广播收益，向对方出价，估计各自利润,然后更新收益；所有DU和CU迭代执行出价，更新收益；CU判断是否关联DU，DU查找它关联的CU。本发明专利技术在CU和DU混合网络中，保证单个用户最小数据率的情况下，最大化系统吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式端到端用户和蜂窝网络用户关联及时间分配方 法
本专利技术属于通信领域，尤其是对于具有蜂窝网络用户（⑶s)和端到端网络用户 (DUs)的混合网络，通过选择CU与DU的关联以及为他们分配合适的时间以优化总的系统吞 吐量。
技术介绍
在当前的蜂窝网络中，需要高数据速率的服务，如视频流，社交媒体等已经占用了 大量可用的频谱资源。在当前移动用户和移动数据需求大量增加的情况下，有限的频谱资 源已经越来越难以保证用户的需求。在3GPP提出的LTE-A的研究项目中，允许在小区蜂窝 网络中支持De Vice-t〇-Device(D2D)通信的设备直接进行通信以提高频谱利用率。因此， 在⑶和DU混合网络中，如何将⑶和DU关联以及如何分配蜂窝网络资源对于改善系统频 谱效益是极其有意义的。
技术实现思路
为了克服现有的蜂窝网络的频谱利用效率较低的不足，本专利技术提供了一种在CU 和DU混合网络中，保证单个用户最小数据率的情况下，最大化系统吞吐量、提升频谱利用 效率的分布式端到端用户和蜂窝网络用户关联及时间分配方法。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是： -种分布式端到端用户和蜂窝网络用户关联及时间分配方法，所述方法包括以下 步骤： 1)对于一个具有N个DU和M个⑶的混合网络，M彡N，当DU i与⑶j关联时， 1彡i彡N，1彡j彡M，DU i和CU j的吞吐率分别为：

【技术保护点】
一种分布式端到端用户(DU)和蜂窝网络用户(CU)关联及时间分配方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)对于一个具有N个DU和M个CU的混合网络，M≥N，当DU i与CU j关联时，1≤i≤N，1≤j≤M，DU i和CU j的吞吐率分别为：RijD=B(1-αij)xijlog2(1+piDgijni)]]>RijC=Bαijxijlog2(1+pjCgjnj)---(1)]]>其中，式中各参数定义如下：DU i的吞吐率；CU j的吞吐率；B：CU j的上行链路的带宽；αij：分配给CU j的时间片；1‑αij：分配给DU i时间片大小；xij：指示变量，xij＝1表示DU i和CU j相关联，xij＝0表示DU i和CU j不相关联；DU i的传输功率；CU j的传输功率；gij：发送者DU i和接收者之间的信道增益；gj：CU j和基站之间的信道增益；ni：DU i相应的接收者的噪声功率；nj：CU j相应的接收者的噪声功率；2)在保证单个DU和CU的最小吞吐率的情况下，允许DU共享CU的蜂窝网络资源以最大化系统的吞吐量，所以，问题描述为：maxΣj=1M(Σi=1N(RijC+RijD)+CjxJ^)---(2)]]>约束条件：Σj=1MRijD≥Ri,minDΣj=1Mxij,]]>Σi=1NRijC≥Rj,minD,]]>Σj=1Mxij≤1,]]>Σi=1Nxij+xJ^≤1,]]>0≤αij≤1，其中，式中各参数定义如下：DU i的最小数据速率；CU j的最小数据速率；Cj：为简化符号，用Cj表示B表示CU j不和任何DU关联，表示CU j和某一个DU关联；N个DU用户的集合，M个CU用户的集合，问题(2)使用凸优化理论难以解决，将该问题(2)分解为时间分配优化子问题和DU与CU关联优化子问题；3)当DU i和CU j关联时，时间分配优化子问题为maxαij(1+αij)Dij+αijCj---(3)]]>约束问题：(1+αij)Dij≥Ri,minD,]]>αijCj≥Rj,minC,]]>0≤αij≤1问题(3)是具有一个变量的线性优化问题，如果该问题存在一个最优解α′ij，则α′ij为所以，在最优情况下，DU i和CU j的总吞吐量Wij为Wij＝(1‑α′ij)Dij+α′ijCj  (5)其中，式中各参数定义如下：Dij：为简化符号，用Dij表示B如果问题(3)不存在最优解，则令Wij＝0，xij＝0；4)DU与CU关联优化子问题用下式表示：maxΣj=1MΣi=1NWijxij+Σj=1MCjxJ^---(6)]]>约束条件：Σj=1Mxij≤1,]]>Σi=1Nxij+xJ^≤1,]]>问题(6)是一个二元线性优化问题，它的前两个约束条件对应的约束矩阵是一个完全幺模矩阵，因此放宽问题(6)的约束条件，得到(7)：maxΣj=1MΣi=1NWijxij+Σj=1MCjxJ^---(7)]]>约束条件：Σj=1Mxij≤1,]]>Σi=1Nxij+xJ^≤1,]]>5)当CU和DU关联时，有一部分CU没有关联到DU用户，假设存在M个虚拟的DU用户，如果CU j没有关联的DU，则把该CU视作和虚拟的DUj相关联，因此，问题(6)转化为一个从集合到集合的最大权重的二分匹配，问题(6)的对偶问题是：minΣj=1Myj+Σi=1Nxi+Σj=1Mzj---(8)]]>约束条件：xi+yi≥Wij，其中，式中各参数定义如下：yj：CU j的收益；xi：DU i的收益；zj：虚拟DU j的收益；6)每个DU i向所有的CU广播一个信息，该信息包括DU i的峰值速率Dij和最小数据速率每一个CUj收到DU i发来的信息后，求解问题(3)，然后将Wij和时间片1‑αij通知DU i；7)每个DU i根据收到的信息求出它的邻居集合每个CU j根据它收到的信息求出它的邻居集合8)每个DU和CU从[0，Wij]中随机的选择收益和每一个CU j从[0，Cj]中随机选择收益每一个虚拟DU j的收益为选择一个近似因子∈＞0，令t＝1；9)每一个DU i将它的收益通知每一个邻居CU j，每一个CU j将它的收益通知每一个邻居DU i；10)每一个DUi根据公式(9)向CU...

【技术特征摘要】
1. 一种分布式端到端用户Ou)和蜂窝网络用户（cu)关联及时间分配方法，其特征在 于：所述方法包括以下步骤： 1) 对于一个具有N个DU和M个⑶的混合网络，M彡N，当DUi与⑶j关联时，1彡i彡N， 1彡j彡M，DUi和CUj的吞吐率分别为：其中，式中各参数定义如下： 略吐率； ⑶j的吞吐率； B:⑶j的上行链路的带宽；a^ :分配给⑶j的时间片； 1-au :分配给DUi时间片大小； Xij:指示变量，Xu= 1表示DUi和⑶j相关联，Xu= 0表示DUi和⑶j不相关联；pf:DUi的传输功率； pf:CUj的传输功率； gij :发送者DUi和接收者之间的信道增益；gj:CUj和基站之间的信道增益； h:DUi相应的接收者的噪声功率； nj:⑶j相应的接收者的噪声功率； 2) 在保证单个DU和CU的最小吞吐率的情况下，允许DU共享CU的蜂窝网络资源以最 大化系统的吞吐量，所以，问题描述为：其中，式中各参数定义如下： 尺&nin:DUi的最小数据速率； Rj,min:CUj的最小数据速率； Cj:为简化符号，用Cj表不$: = 1表示⑶j不和任何DU关联，$ = 0表示⑶j和某一个DU关联； X?:N个DU用户的集合，D= {1, ，}; C:M个CU用户的集合，C= {1, 问题（2)使用凸优化理论难以解决，将该问题（2)分解为时间分配优化子问题和DU与CU关联优化子问题； 3) 当DUi和CUj关联时，时间分配优化子问题为0. a ij ^ 1 问题（3)是具有一个变量的线性优化问题，如果该问题存在一个最优解a'y则a ,ij为所以，在最优情况下，DUi和⑶j的总吞吐量为Wij= (1-a^ 眞+a，jjCj(5) 其中，式中各参数定义如下： Dij:为简化符号，用Du表不B如果问题（3)不存在最优解，贝U令Wij= 0,Xij= 0 ; 4)DU与CU关联优化子问题用下式表示：问题（6)是一个二元线性优化问题，它的前两个约束条件对应的约 束矩阵是一个完全幺模矩阵，因此放宽问题（6)的约束条件，得到（7):5) 当CU和DU关联时，有一...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱丽萍，武航，陈康妮，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33