[发明专利]一种电力物联网系统的资源分配方法及装置

权利要求书

1.一种电力物联网系统的资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据电力物联网系统中终端的接收和发射信噪比确定电力物联网系统的能量和功率约束条件；

根据电力物联网系统中终端接收和发射信的噪比得到的电力物联网系统中中继和基站接收的信噪比需要大于或等于信噪比阈值，采用如下公式(1)表示：

其中，γ_th表示信噪比阈值，表示终端通过信道发射到中继的信噪比，表示终端通过信道及中继发射到基站的信噪比，γ_r，b表示中继发送到基站的信噪比；

终端发射功率的约束条件可以用公式(2)-公式(5)表示：

其中，P_d表示终端的发射功率，d，r，k分别表示终端、中继和信道的编号，h_d，B为终端到基站的信道系数，为终端到中继的信道系数，为普通用户到中继的信道系数，σ²表示白噪声功率；P^L代表功率下限，用公式(3)表示，公式(3)的具体含义为终端发送到中继的信号和中继发送到基站的信号均需要满足信噪比条件；P^U代表功率上限，用公式(4)表示，公式(4)的具体含义为终端发射功率的功率上限P^U不超过普通用户的发射功率P_n表示；公式(2)表示对于任意的d、r、k，终端的发射功率被限制在功率上限和功率下限的范围内；

能量的约束条件，用公式(6)表示：

其中，EE表示的是一个变量，代表能量效率，该公式表示在最大化能量效率下的能量约束条件；

根据Dinkelbach方法模型及所述能量和功率约束条件计算最优发射功率；

根据Dinkelbach方法模型对公式(3)至公式(5)求解，计算最优发射功率包括：

S1：初始化，选择任何初始解p₀，设置t＝1，q₁＝φ(p₀)/ψ(p₀)；其中，φ(p₀)＝log₂(1+γ_d，r，b)，ψ(p₀)＝(P_d+P_n+2P₀)/B_k；p₀表示初始功率，P_d是终端发射功率，P_n表示普通用户的发射功率，P₀静默功率；B_k是带宽；

S2：求解g(p)＝max{φ(p)-q_kψ(p)}，得到最优解p_t；

p_t表示功率的最优解，即为最优发射功率；

S3：如果h(q_t)-h(q_t-1)＜∈，停止；否则，返回步骤S2；

∈表示一个极小值；

根据所述最优发射功率确定所述电力物联网系统中所有终端-信道-中继组合；所有终端-信道-中继组合为以最大化系统能量效率为目标得到的；

根据遗传算法模型和所述最优发射功率从所述所有终端-信道-中继组合中确定最优终端-信道-中继组合；

根据终端和中继的连接限制以及终端使用信道的限制制定终端-信道-中继组合的约束条件，用公式(7)和公式(8)表示：

其中，D、K、R也是表示终端、信道和中继，具体是指终端、信道和中继的总量，公式(7)表示所有终端-信道-中继的组合需要满足最大化系统总能量效率；公式(8)表示所有终端-信道-中继的组合在满足最大化系统总能量效率的前提下，终端和中继的连接限制以及终端使用信道的限制条件，解释为每个终端分别连接一个信道，每个终端分别连接一个中继；

公式(8)由以下公式(9)和公式(10)得到，

其中，二进制变量θ_d，k可以定义为电力物联网系统中终端的信道最多可以被一个电力物联网系统的终端重用，二进制变量ξ_d，r表示每个电力物联网系统的终端可以选择一个中继节点；可以定义二元变量X_D×R×K∈R^D×R×K，当且仅当θ_d，k＝ξ_d，r＝1时，x_d，r，k＝1，否则x_d，r，k＝0，即每个信道不能同时由两个或多个电力物联网系统的终端复用，并且每个中继节点只能被最多一个电力物联网系统的终端选为中继节点；由此得到公式(8)；

根据上述公式(7)和公式(8)从所有终端-信道-中继组合中确定最优的终端-信道-中继组合，为智能遗传算法求解过程，首先，随机产生一定数量的候选解抽象表示为染色体，使种群向更好的解进化，解用二进制表示；进化从完全随机个体的种群开始，之后一代一代发生；在每一代中评价整个种群的适应度，从当前种群中随机地选择多个个体，通过自然选择和突变产生新的生命种群，该种群在算法的下一次迭代中成为当前种群。