一种基于压缩搜索空间和能量采集的能效优化双链接数据分流方法.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CN107995639A(43)申请公布日2018.05.04(21)申请号201711438905.7(22)申请日2017.12.27(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)发明人吴远杨晓维吴伟聪毛浩伟钱丽萍(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.H04W24/02(2009.01)H04W28/06(2009.01)H04W52/02(2009.01)权利要求书7页说明书15页附图1页(54)发明名称一种基于压缩搜索空间和能量采集的能效优化双链接数据分流方法(57)摘要一种基于压缩搜索空间和能量采集的能效优化双链接数据分流方法，包括以下步骤：(1)在BS的覆盖范围下总共有I个移动用户，部署单个小蜂窝辅助网络接入点AP通过“双连接”为MUs提供数据分流服务，满足MU的QoS同时通过最小化MU的能量功率以实现最优系统频谱资源配置，优化问题描述为多变量非凸性优化问题；(2)将问题TMPP垂直分解为两层优化问题；(3)根据底层问题提出单调性优化的功率控制方法，在AP的最大传输功率给定的情况下优化MU的传输功率；(4)针对底层问题提出压缩搜索空间的方法步优化AP的传输功率；(5)通过底层问题与顶层问题的交互迭代能效优化，解决问题TMPP。本发明利用率较高、灵活度较好。CN107995639ACN107995639A权利要求书1/7页1.一种基于压缩搜索空间和能量采集的能效优化双链接数据分流方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)在BS的覆盖范围下总共有I个移动用户MUs，同时部署了多个小蜂窝辅助网络接入点AP通过“双连接”为MUs提供数据分流服务；在该情况下，AP使用能量采集技术来发送数据；考虑到能量采集的技术特性，引入两个索引集，对于MU端引入对于AP端引入在无线网络中，通过基站BS和小基站辅助接入点AP的发送功率控制，在BS端和AP端消除用户MU所有共用信道而产生的干扰，在保证MU数据需求的情况下最小化系统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TMPP问题，TMPP指的是全局最优化用户功率消耗问题：在TMPP问题中，psi表示在APs侧MU所消耗的能量，rsi表示APs侧用户所能够达到的最大数据需求流量；同理，pBi(s)和xBi(s)分别表示的是在宏基站BS端MU所消耗的能量和BS端MU所能达到的最大数据需求流量；Pout是关于psi和rsi的函数，表示为Pout(psi,rsi)；另外根据香农定理，得到数据需求表达式如下：xBi(s)＝WBlog2(1+pBi(s)gBi/nBi)(1-4)下面将问题中的各个变量及关系表达式做一个说明，如下：WB:BS到MU的信道带宽/HZ；WS:AP到MU的信道带宽/Hz；gBi:BS到MU的信道功率增益；gSi:AP到MU的信道功率增益；nBi:BS到MU的信道背景噪声功率/W；nSi:AP到MU的信道背景噪声功率/W；BS提供给MU最大的能量/W；AP提供给MU最大的能量/W；MU所需要满足的数据流量需求Hz；xBi:BS提供给MU的数据流量需求Hz；xsi:AP提供给MU的数据流量需求Hz；Pout:AP在提供MU流量需求时溢出概率；Qs:AP能量采集的概率密度函数；Ns:AP最多接入的MU个数；2CN107995639A权利要求书2/7页Mupp:能量采集上限值；Mlow:能量采集下限值；在能量采集的网络中，从AP的角度出发考虑，能量采集受限于时间地域因素，能量不充分；表现在AP端的数据需求必须考虑概率，因此数据需求流量表示如下：upplowupplow在(1-5)式中，Qs(M,M)表示概率密度函数，M和M分别为均匀分布的上下限；Ns的物理意义是该AP接入的最多MU个数，将其设置为一个给定的值；接下去，将描述Pout表达式来简化TMPP问题；(2)溢出概率函数Pout表达式如下：upplow将Qs(M,M)带入到(2-1)中，得到最终关于溢出函数的表达式，分析整理该表达式在不同的条件下，得到三种情况如下：i)如果那么就有此时AP溢出概率为；ii)如果那么此时AP溢出概率为0，一定可以实现数据分流；iii)如果那么此时AP溢出概率为1，一定不能满足数据分流；在得到溢出概率的表达式之后，按照以上三种情况来分别进行讨论；对于第三种情况来说，此时完全溢出；只有BS参与数据分流，得到AP不参与数据分流，也即能量消耗为0，也就是说此时MU的数据需求全部由BS来提供，这种情况是不符合设计目的，予以排除；(3)Pout∈[0,1)，设想在BS和AP两端考虑(1-1)的限制条件，定义一个变量ρsi