一种基于保密和能效优化的上行双连接数据分流方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108513292A(43)申请公布日2018.09.07(21)申请号201810165717.X(22)申请日2018.02.28(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区潮王路18号浙江工业大学科技处(72)发明人吴远吴伟聪石佳俊钱丽萍朱威(74)专利代理机构杭州斯可睿专利事务所有限公司33241代理人王利强(51)Int.Cl.H04W12/02(2009.01)H04W28/02(2009.01)H04W52/02(2009.01)H04W76/15(2018.01)权利要求书6页说明书13页附图1页(54)发明名称一种基于保密和能效优化的上行双连接数据分流方法(57)摘要一种基于保密和能效优化的上行双连接数据分流方法，包括以下步骤：(1)在基站BS的覆盖范围下有一个移动用户MU,同时部署了一个小蜂窝辅助网络接入点AP通过“双连接”为MU提供数据分流服务；优化问题描述为一个多变量非凸性优化问题；(2)将问题P1经过等效转换为P2-E问题；(3)根据P2-E问题的目标函数的一阶导数的单调性，通过二分查找法，得到了在P2-E问题中控制变量范围给定的情况下的问题优化解；(4)通过对问题的分析，列举出不同情况下的P2-E问题的控制变量范围，代入到之前得到的问题优化解中，最终解决P1问题，得到P1问题的最优化解。本发明效率较高、灵活度较高。CN108513292ACN108513292A权利要求书1/6页1.一种基于保密和能效优化的上行双连接数据分流方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在基站BS的覆盖范围下有一个移动用户MU，同时部署了一个小蜂窝辅助网络接入点AP通过“双连接”为MU提供数据分流服务；在无线网络中，在满足数据保密性要求以及能量有效性的情况下最小化MU的总功率消耗的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题P1问题，该问题表示如下：minpiA+piB限制条件:Pout(piA,xiA)≤∈i(1-1)xiA≥0xiB≥0控制变量:(xiA,piA)和(xiB,piB)在P1问题中，xiB表示BS侧MU所能达到的最大数据需求流量，piB表示BS侧MU消耗的能量；xiA表示AP侧MU所能达到的最大数据需求流量，piA表示AP侧MU消耗的能量；Pout是关于piA和xiA的函数，表示为Pout(piA,xiA)，式(1-5)是通过香农定理得到的；将问题中的各个变量及关系表达式做一个说明，如下：piA：AP侧MU消耗的能量/W；piB：BS侧MU消耗的能量/W；xiB：BS侧MU所能达到的最大数据需求流量；xiA：AP侧MU所能达到的最大数据需求流量；WB：MU到BS的信道带宽/HZ；WA：MU到AP的信道带宽/HZ；giA：MU到AP的信道增益；giB：MU到BS的信道增益；giE：MU到窃听者的信道增益；nA：MU到AP的背景噪声功率/W；nB：MU到BS的背景噪声功率/W；nE：MU到窃听者的背景噪声功率/W；MU到AP可以获得的最大保密数据吞吐量；Pout：AP在给MU提供数据分流服务时的保密性溢出的概率MU到AP的最大消耗能量/W；MU到BS的最大消耗能量/W；2CN108513292A权利要求书2/6页∈i：MU的保密性溢出概率的上界；αi：MU到窃听者信道增益的平均值；(2)保密性溢出的概率函数Pout(piA,xiA)表达式如下：上式中的表示MU到AP可以获得的最大保密数据吞吐量，其表达式如下：将式(2-2)代入(2-1)得到Pout(piA,xiA)表达式如下：定义一个辅助量表示MU到AP的有效信道功率增益，其表达式如下：结合式(2-4)可以得到Pout(piA,xiA)表达式如下：(3)通过对(1-1)和(2-5)进行联立分析，得到(1-1)的限制表达式如下：定义一个新的变量θiA来量化保密性需求的影响，θiA的表达式如下：通过对(3-1)的进一步转化，得到(1-1)的等效表达式如下：而在P1问题的最优化方案中，上式为问题的一个严格约束，而在问题分析中，MU的分流数据流量速率满足如下表达式：通过(1-2)以及(3-4)的分析得到如下表达式：因此，通过联立(1-5)和(3-5),可以得到表达式如下：3CN108513292A权利要求书3/6页(4)P1问题的等效转化，代入(3-5)、(3-6)及以上的各关系到P1问题，得到P2问题表示如下：限制条件:控制变量:piA对(4-1)进行等效转化，得到表达式如下：同样对(4-2)也进行等效转化，得到表达式如下：通过(4-3)与(4-4)将P2问题进行等价转化为P2-E问题，“E”表示的是等价的，如下：限制条件:条件(1-3)条件(4-3)条件(4-4)控制变