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
【专利摘要】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。
【专利说明】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
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信领域，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。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有的蜂窝网络的频谱利用效率较低的不足，本发明提供了一种在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。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -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：
[0006] 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：
【权利要求】
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CUj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C到集合CU2)的最大权重的二分匹配，问题（6)的对偶问题是：
其中，式中各参数定义如下：y」：CUj的收益； Xi:DUi的收益；zj:虚拟DUj的收益； 6) 每个DUi向所有的CU广播一个信息，该信息包括DUi的峰值速率Du和最小数据 速率，每一个CUj收到DUi发来的信息后，求解问题（3)，然后将^和时间片1-au 通知DUi; 7) 每个DUi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,Wd中随机的选择收益〇#，每一个CUj从[0,Cj]中 随机选择收益4a)，每一个虚拟DUj的收益为= 0,选择一个近似因子G>〇,令t= 1 ; 9) 每一个DUi将它的收益iff通知每一个邻居⑶j，每一个⑶j将它的收益%通 知每一个邻居DUi; 10) 每一个DUi根据公式（9)向CUj出价，每一个CUj根据公式（9)向DUi出价
其中符号[?]+表示投影到非负象限； 每一个虚拟的DUj根据公式（10)向⑶j出价dj?，每一个⑶j根据公式（10)向虚 拟的DUj出价#
其中，由于每一个虚拟的DUj只允许和⑶j关联，因此对于所有的的值均为 〇 ； 11) 每个DU和CU通过公式（11)估计它的利润
然后通过公式（12)更新它们的收益；
其中，ke(0,1)，k接近0表示更新前后的e值差别不大，k接近1表示更新后的值受 邻居出价影响较大，*^\[/}表示i的邻居集合中除去元素i; 更新完毕后，将t加1，t=t+1 ;
如果max{A，B，C}彡G，则转到步骤13)，否则转到步骤9); 13) 每一个DU和CU根据公式（11)获得最优的利润，假设它们相应的最优利润为
，每一个CUj判断是否关联DU，如果，
则 ⑶j不和任何DU关联，然后⑶j将yf_1)通知给它的邻居； 14) 每一个DUi查找它关联的CU，如果：
，则DUi可以和CUj关联，这样DUi就和⑶j共享上行链路资源。
【文档编号】H04W16/02GK104410976SQ201410653404
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】钱丽萍, 武航, 陈康妮 申请人:浙江工业大学