[发明专利]一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法有效

专利信息
申请号: 201910599952.2 申请日: 2019-07-04
公开(公告)号: CN110290508B 公开(公告)日: 2022-04-12
发明(设计)人: 柴蓉;刘昌柱;陈前斌 申请(专利权)人: 重庆邮电大学
主分类号: H04W4/70 分类号: H04W4/70;H04W24/02;H04W24/06;H04W40/04;H04W40/12;H04W40/32;H04W72/04
代理公司: 北京同恒源知识产权代理有限公司 11275 代理人: 赵荣之
地址: 400065 *** 国省代码: 重庆;50
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 正交 接入 技术 m2m 通信 网络 联合 功率 分配 方法
【权利要求书】:

1.一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:

S1:建模M2M设备与基站间信道增益;

S2:建模M2M设备间信道增益;

S3:确定簇头选择策略;

S4:对簇成员进行配对,确定所有组合方式;

S5:针对各种簇成员组合方式,优化确定簇头关联策略;

S6:基于簇内能效优化准则,确定簇成员功率分配策略;

S7:比较所有簇成员组合,确定全局最优成簇及功率分配策略;

步骤S1中,建模M2M设备与基站间信道增益,具体为:令网络内具有接入请求的M2M设备数为N,令Mi表示第i个M2M设备,表示所有的M2M设备集合,hi表示Mi与基站间链路的信道增益,1≤i≤N;

步骤S2中,建模M2M设备间信道增益,令hi,j表示Mi与Mj间链路的信道增益,1≤i≠j≤N;

步骤S3中,确定簇头选择策略,具体为:令L表示网络中簇的数目,对M2M设备与基站之间链路的信道增益进行排序,假设信道增益满足h1≥h2≥…≥hα>>hα+1≥hα+2≥…≥hN,若α<N/3,则L=α;若α≥N/3,则选择具有较高信道增益的L个M2M设备作为簇头,即Ml为簇头,1≤l≤L,令φCM={Mi,L+1≤i≤N}表示所有簇成员设备集合;

步骤S4中,对簇成员进行配对,确定所有组合方式,具体为:将N-L个设备进行配对,确定所有匹配的设备组合,令总组合数为K;

步骤S5中,针对各种簇成员组合方式,优化确定簇头关联策略,具体为:对于组合1≤k≤K,将各簇头与簇成员对进行关联,得到组合k对应的簇头关联策略;

步骤S6中,基于簇内能效优化准则,确定簇成员功率分配策略,具体包括:对于第l个簇,建模簇内总能效为所有簇成员能效与簇头能效之和,即:

其中,为设备和簇头关联标识,表示M2M设备与簇头Ml关联,否则,

表示M2M设备与关联簇头Ml时,的能效,定义为:

其中,表示与关联簇头Ml时,的能效,建模为其中,分别表示M2M设备与关联簇头Ml时,的传输数据速率和发送功率,pcir表示电路消耗功率;表示M2M设备与关联簇头Ml时,的能效,建模为其中,分别表示M2M设备与关联簇头Ml时,的传输数据速率和发送功率;

ηl表示Ml发送数据至基站时,Ml的能效,建模为其中,Rl、pl分别表示Ml向基站传输数据时对应的传输数据速率和发送功率;其中,hl表示Ml与基站之间的链路信道增益,B为基站的可用带宽,σ2表示噪声功率;

建模传输速率和传输速率具体为:令分别表示与簇头Ml之间链路的信道增益,根据SIC机制,当得到

簇成员功率分配需满足一定限制条件,具体包括:

1)设备关联簇头限制条件,建模为即簇成员和最多可关联一个簇头;

2)簇成员数目限制条件,建模为即簇头Ml最多关联两个M2M设备;

3)发送功率限制条件,建模为即Mi的发送功率pi低于其最大发送功率,表示Mi的最大发送功率;

4)传输数据速率限制条件,建模为其中,分别表示和Ml的最低传输数据速率;

在满足M2M设备成簇与资源分配需求限制条件下,以簇内总能效最大化为目标,确定基于簇内能效优化的功率分配策略,即

其中,表示与簇头Ml的局部最优关联策略,表示M2M设备与关联簇头Ml时,的局部最优发送功率,分别表示M2M设备与关联簇头Ml时,的局部最优发送功率及Ml的局部最优发送功率,表示Ml为簇头的簇内总能耗;

步骤S7中,比较所有簇成员组合,确定全局最优成簇及功率分配策略,具体为:选择K种组合最大能效对应的联合成簇及功率分配策略,即:

其中,η为M2M通信网络的总能效,即

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