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专利号: 2019110635969
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-05-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种H‑CRAN网络下联合拥塞控制和资源分配的网络切片动态资源调度方法,其特征在于:所述的H‑CRAN网络是由一个高功率节点和传统云无线接入网络(cloud radio access network,C‑RAN)构成的无线异构网络;所述H‑CRAN网络服务的用户分为射频拉远头和高功率节点用户集合,且网络中可用的子载波在所述射频拉远头用户集合和高功率节点用户集合间动态分配;所述射频拉远头用户集合中的每个用户均由所述H‑CRAN网络中所有射频拉远头协作传输并在接收端采用最大比合并技术,以提高其传输速率;

求解任一子载波的分配、复用和其上相应的功率分配策略流程具体为:步骤201:输入系统当前全局队列状态向量 和信道增益gksc、gksh、gmsh和gmsc,其中,Qu(t)表示用户u在时隙t的业务队列长度, 为H‑CRAN网络服务的所有用户集合,gksc和gmsc分别表示时隙tRRH k,HPN m对CUE c在子载波s上的信道增益,gmsh(t)和gksh(t)分别表示时隙tHPN m和RRH k在子载波s上与HUE h间的信道增益;

步骤202:对任一子载波,分别计算所有可能情况下的最优子载波分配和功率分配策略,具体包括:

对所述任一子载波,一共有子载波不复用时,分别分配给eMBB切片中CUE和HUE,URLLC切片中CUE和HUE,或者所述子载波在RRHs和HPN间复用,分别分配给RRHs中eMBB切片用户和HPN中eMBB切片用户、RRHs中eMBB切片用户和HPN中URLLC切片用户、RRHs中URLLC切片用户和HPN中eMBB切片用户以及RRHs中URLLC切片用户和HPN中URLLC切片用户共8种情况;对于每种情况,遍历所有可能的子载波‑用户分配关联关系,选择使目标函数最小的子载波‑用户关联作为该情况下最优的子载波分配和功率分配,其中,所述目标函数如下:其中,所述αs为子载波s的复用指示变量;所述βs表示与子载波s相关的子载波分配向量;所述Ps表示与子载波s相关的功率分配向量;所述Qu为用户u的业务队列长度;所述Rus为用户u在子载波s上的传输速率;所述τ表示单个时隙的长度;所述 为RRHs集合;所述 为RRHs用户集合;所述 为HPN用户集合;所述 为eMBB切片用户集合;所述 为URLLC切片用户集合;所述λk、λm、ηu和μsu均为拉格朗日乘子;所述 为URLLC切片用户的最低信干噪比需求;所述 表示用户u在子载波s上的信干噪比;所述θ用于指示子载波是否复用;

步骤203:根据各情况下最优的子载波分配和功率分配策略,分别计算各情况下的最优目标函数值,具体包括:

根据求得的所述各情况下最优的子载波分配和功率分配策略,分别计算各情况下的最优目标函数值,并构成如下向量:

其中,所述向量的每一个元素 均为一种情况下的最优目标函数值,其下标on/off指示子载波s是否复用,sc/sh/sch用于表示子载波s正交分配给CUE、正交分配给HUE或者以复用的方式同时分配给CUE和HUE,其上标用于指示得到子载波s的CUE或HUE所属于的切片用户集合,其中,所述 和 分别表示RRHs用户集合中属于eMBB切片和URLLC切片的用户子集, 和 分别为HPN用户集合中属于eMBB切片和URLLC切片的用户子集,ee/eu/ue/uu分别表示子载波s在RRHs和HPN间复用时,得到该子载波的CUE和HUE分别属于的切片用户集合; 中0元素为当子载波s处于空闲状态时,目标函数的取值;

步骤204:比较各情况下的最优目标函数值,确定该子载波最终的复用、分配和功率分配策略,具体操作包括:

If value<0

根据索引值ind确定子载波s最终的复用、分配和其上相应的功率分配策略;

else

βsu=0,

end if

其中,βsu为子载波‑用户分配关联指示变量,βsu(t)=1表示时隙t子载波s分配给用户u,反之则不分;

所述网络中可用子载波在射频拉远头用户集合和高功率节点用户集合间动态分配,包括:

对任一所述的可用子载波,根据H‑CRAN网络当前的信道状态和用户队列状态选择性地在射频拉远头和高功率节点间复用,具体包括,当任一子载波在所述射频拉远头和高功率节点间复用时,射频拉远头用户集合和高功率节点用户集合中,分别至多有一个用户得到该子载波,此时所述H‑CRAN网络中存在跨层干扰,当所述子载波不复用时,即在所述H‑CRAN网络中正交分配时,此时所述H‑CRAN网络的所有用户中至多只有一个用户得到该子载波,用户间不存在干扰;

所述H‑CRAN网络中考虑移动增强宽带(enhanced mobile broadband,eMBB)和超可靠低时延(ultra‑reliable and low‑latency communications,URLLC)两类应用场景共存,并分别为其构建一个网络切片;所述各切片分别由具有同类业务的射频拉远头用户和高功率节点用户组成;

所述H‑CRAN网络服务的每个用户分别在所述基带单元池处具有一个业务缓存队列用以暂存还未来得及发送出去的数据包;所述各用户在每一时隙内的业务到达量是随机的,且存在峰值业务到达量;

所述H‑CRAN网络中各用户的业务缓存队列随时隙的变化过程,包括:用户在下一时隙的队列长度等于当前时隙的队列长度加上当前时隙内系统允许接入的新的业务数据量,再减去当前时隙传输出去的数据量;所述的考虑业务接入控制,包括:H‑CRAN网络中各用户在每一时隙内的随机业务到达量通常是未知的,且可能超过网络容量域,为了维持系统的稳定,H‑CRAN网络在每一时隙内会决策各用户在当前时隙允许接入的新的业务数据量;

所述维持网络稳定是指所述H‑CRAN网络中所有业务排队队列均是强稳定的,即所述每个业务队列的时间平均队列长度为一个有限值;所述不同切片的服务质量需求,包括:H‑CRAN网络需要满足各用户关于瞬时传输速率的服务质量需求,对于所述URLLC切片中的用户,所述H‑CRAN网络考虑各用户关于可靠性的服务质量需求,即对任一URLLC切片用户,其在任一子载波上传输的信干噪比不能低于某一阈值;

所述网络平均和吞吐量包括所述H‑CRAN网络在每一时隙内平均接入的所有用户总的新的业务数据量;

所述网络切片动态资源调度方法在每个资源调度时隙内动态地为性能需求各异的切片用户分配资源,具体包括:

在任一资源调度时隙,根据下式分别计算所述H‑CRAN网络中各用户当前时隙最优的流量接入控制策略:

其中,ru(t)为用户u在时隙t允许接入的新的业务数据量;Au(t)为用户u在时隙t内的随机业务到达量;Qu(t)为用户u在时隙t的业务队列长度;V是引入的非负控制参量,其表示网络平均和吞吐量最大化相比于系统稳定性的重要程度; 为所述H‑CRAN网络服务的所有用户集合;

初始化拉格朗日乘子;

对任一子载波,根据子载波复用、分配和功率分配策略计算所述子载波当前时隙最优的子载波复用、分配和功率分配策略,进而更新各用户剩余的排队队列长度;

若某用户已经获得了足够的子载波,则将所述用户从接下来的子载波分配过程中排除,若所有用户均分配到足够的子载波,则退出子载波分配过程;

在遍历完所有可用子载波后,根据得到的最优子载波复用、分配和功率分配策略计算拉格朗日函数;

当前后两次迭代的拉格朗日函数值之差的绝对值小于给定的最大允许误差或是迭代次数达到设定的次数,则终止所述网络切片动态资源调度过程;否则,根据次梯度法更新所述拉格朗日乘子,并执行下一次迭代;

当所述迭代过程结束后,更新各用户在下一时隙的业务队列长度。