【技术实现步骤摘要】
本专利技术异构网络中的资源分配领域，尤其是涉及一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源优化分配方法。
技术介绍
1、随着物联网和工业互联网的迅速发展，使得接入互联网的移动设备数量急剧增长，无线网络流量需求快速上升。越来越多支持互联网的电子设备和内容丰富的多媒体应用程序，无线网络很难应对指数级增长的数据流量。移动流量的快速增长对当前5g及其他网络提出了更高的要求，如更短的时延、更高的通信速率、更好的网络覆盖等。传统的射频（rf）系统主要聚焦于10ghz以下的频段，有限的频谱资源已经难以满足人们对无线频谱爆炸性的数据需求。
2、5g无线通信将实现极高容量、高数据速率、高频谱效率、高能效和严格的用户体验。分配给2g/3g/4g系统的频谱主要集中在3ghz以下，目前大部分已被占用。5g通信目标的更高频段对于满足不断增长的性能需求至关重要。毫米波（mmwave）频谱和可见光（vlc）频谱由于在非常高的频率下拥有丰富的可用频谱，可以提供非常高的容量和每秒千兆位的数据传输，已成为5g网络的有前景的候选技术，尤其是在室内环境中，室内和热点的高数据速率服务将导致5g 网络流量激增。为了满足未来对移动数据流量的需求，无线网络正在通过结合两种以上的无线接入技术（rats）成为混合网络。
3、因此，有必要提供一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源优化分配方法，来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源优化分配方法，包括以下步骤：
3、s1：根据室内混合vlc、毫米信道mmwave和射频rf异构网络场景，建立数学模型；
4、s2：根据步骤s1中建立的数学模型建立联合优化问题；
5、s21：建立rf接入点rf-ap和用户之间的传输速率表达式；
6、s22：建立vlc接入点vlc-ap和用户之间的传输速率表达式；
7、s23：建立mmwave接入点mmwave-ap和用户之间的传输速率表达式；
8、s24：建立优化目标函数表达式；
9、s25：建立优化问题约束表达式；
10、s26：在满足s25中的约束下，以最大化s24中目标函数的表达式为目标，建立整个优化问题；
11、s3：优化问题转化，利用李雅普诺夫优化方法，将长期优化问题转化为一系列单时隙确定性优化问题；
12、s4：使用惩罚对偶分解算法求解单时隙确定性优化问题，实现每个时隙的资源优化分配。
13、优选的，在步骤s1中，系统模型包括led发光二极管和毫米波光束模块、rf-ap和用户设备ue，vlc-ap配备基于led灯的照明设备，满足照明需求和通信服务，毫米波光束模块为高速ap，覆盖特定的区域，rf-ap提供低数据速率，ap均与系统中心控制器连接，控制器收集用户反馈、进行调度与关联以及资源分配任务，根据遵守ap功率预算、回程链路容量和系统稳定性实际约束条件下的异构网络总传输速率建立成数学模型。
14、优选的，在步骤s21中，研究个时隙内系统的工作情况，使用表示时隙集合，ap的集合用表示，表示rf-ap的个数，表示vlc-ap的个数，表示mmwave-ap的个数，用户设备的集合由表示；令所有ue的位置在时隙内保持不变，为网络选择变量，其中表示ue在时隙接入rf-ap，否则；表示ue在时隙接入vlc-ap；表示ue在时隙接入mmwave-ap；若ue不具有多归属能力，并且ue在给定时隙只能由一个ap服务，制定以下约束：：
15、；
16、rf信道模型中射频通信的路径损耗，单位为db，表示为：
17、；
18、其中为rf-ap到第个用户的距离，为载波频率，单位为ghz，为rf链路损耗模型常数，表示在非视线nlos情况下的墙体穿透损失，设定用于薄墙或障碍物，其中是rf接入点和用户之间的障碍物的数量；
19、在rf射频网络中，信道增益表示为：；
20、rf采用正交频分复用ofdm的通信方式，射频的无线电资源包括资源块rbs和功率，为rf-ap的rbs集合，数量为，为rbs选择变量，表示rf-ap在时隙为第 k个用户ue分配第 i个资源块rb进行通信，反之，表示rf-ap在时隙为ue分配rb未进行通信；
21、混合网络中只有一个射频ap，与vlc信道之间不存在干扰，ue接收来自rf-ap第个rb的下行接收信噪比snr为：
22、；
23、其中为rf-ap对ue在rb上的发射功率，是时隙处rf-ap的rb和ue之间的信道增益，为rf-ap的噪声功率；
24、根据香农公式，在时隙中，rf-ap的rb与ue之间的下行传输速率为：
25、；
26、在时隙中rf-ap和ue之间的传输速率为：
27、；
28、rb在一个时隙都最多分配给一个ue，对于每个rb，有如下限制：
29、；
30、rf-ap的发射功率满足：
31、；
32、其中为rf-ap的发射功率最大值。
33、优选的，在步骤s22中，vlc链路的los信道增益使用朗伯发射模型表示，vlc链路的los信道增益表示为：
34、；
35、其中，表示pd的有效探测面积，和代表led和用户之间的距离和入射角，是从led到用户的辐射角，表示朗伯指数，是led的半功率角，和分别是滤光片的增益和光集中器在pd处的增益，为接收器的视场角fov；
36、在时隙中，vlc-ap与ue之间的snr为：
37、；
38、其中是ue接收的光电转换系数，表示从vlc-ap对ue的发射功率，是时隙时vlc-ap和ue之间的信道增益，在每个时隙是时变且独立同分布，是vlc信道中的噪声功率；
39、时隙期间每个vlc-ap与ue之间的信息传输速率表示为：
40、；
41、若是vlc-ap的最大发射功率，有以下约束条件：
42、。
43、优选的，在步骤s23中，毫米波光束模块的毫米波通道中的路径损耗效应通过基于实际测量的统计模型来处理，模型总结为：
44、；
45、其中表示常数，取决于传播模型在200米以内的测量距离上浮动截距和斜率的最小平方拟合，是ue与mmwave-ap之间的距离，是对数正态阴影的方差；
46、毫米波载波频率为73ghz时，对于los传播，；
47、ue和mmwave-ap之间的链路的信噪比函数为：
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1.一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S1中，系统模型包括LED发光二极管和毫米波光束模块、RF-AP和用户设备UE，VLC-AP配备基于LED灯的照明设备，满足照明需求和通信服务，毫米波光束模块为高速AP，覆盖特定的区域，RF-AP提供低数据速率，AP均与系统中心控制器连接，控制器收集用户反馈、进行调度与关联以及资源分配任务，根据遵守AP功率预算、回程链路容量和系统稳定性实际约束条件下的异构网络总传输速率建立成数学模型。
3.根据权利要求2所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S21中，研究个时隙内系统的工作情况，使用表示时隙集合，AP的集合用表示，表示RF-AP的个数，表示VLC-AP的个数，表示mmWave-AP的个数，用户设备UE的集合由表示；令所有用户设备UE的位置在时隙内保持不变，为网络选择变量，其中表示UE在时隙接入RF-AP，否则；表示
4.根据权利要求3所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S22中，VLC链路的LoS信道增益使用朗伯发射模型表示，VLC链路的LoS信道增益表示为：
5.根据权利要求4所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S23中，毫米波光束模块的毫米波通道中的路径损耗效应通过基于实际测量的统计模型来处理，模型总结为：
6.根据权利要求5所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S24中，优化目标为整个VLC/RF异构网络系统的传输速率为：
7.根据权利要求6所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S25中，中心控制器维护UE缓冲队列的情况，AP为UE维护单独的缓冲队列，将时隙中的定义为AP为UE维护的队列长度，在时隙期间，用户在时隙开始时都有一定的数据量到达并存储在缓冲区中，定义UE在时隙内接收的数据量为，数据量在不同的时隙上独立同分布，UE的平均到达率，的分布满足，并且是一个有界的变量，到达和离开过程的离散时间队列动态表述为：
8.根据权利要求7所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S26中，优化目标在确保系统稳定的前提下最大化时间平均总和速率，上述函数表述为时间平均表达式，平均传输速率最大化问题转化为随机优化问题，建立如下数学模型：
9.根据权利要求8所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤S3中，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种VLC/mmWave/RF异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：经过李雅普诺夫优化变换后，问题中存在离散变量，引入辅助变量，将约束条件C12转化为如下相等约束条件：
...【技术特征摘要】
1.一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤s1中，系统模型包括led发光二极管和毫米波光束模块、rf-ap和用户设备ue，vlc-ap配备基于led灯的照明设备，满足照明需求和通信服务，毫米波光束模块为高速ap，覆盖特定的区域，rf-ap提供低数据速率，ap均与系统中心控制器连接，控制器收集用户反馈、进行调度与关联以及资源分配任务，根据遵守ap功率预算、回程链路容量和系统稳定性实际约束条件下的异构网络总传输速率建立成数学模型。
3.根据权利要求2所述的一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤s21中，研究个时隙内系统的工作情况，使用表示时隙集合，ap的集合用表示，表示rf-ap的个数，表示vlc-ap的个数，表示mmwave-ap的个数，用户设备ue的集合由表示；令所有用户设备ue的位置在时隙内保持不变，为网络选择变量，其中表示ue在时隙接入rf-ap，否则；表示ue在时隙接入vlc-ap；表示ue在时隙接入mmwave-ap；若ue不具有多归属能力，并且ue在给定时隙只能由一个ap服务，制定以下约束：
4.根据权利要求3所述的一种vlc/mmwave/rf异构网络的动态资源优化分配方法，其特征在于：在步骤s22中，vlc链路的los信道增益使用朗伯发射模型表示，vlc链路的los信道增益表示为：
5.根据权利要求4所述的一种vlc/mmwave/rf...
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