[发明专利]一种基于业务优先级的电力无线专网资源分配方法

权利要求书

1.一种基于业务优先级的电力无线专网资源分配方法，其特征是，所述方法首先根据电力用户业务优先级、用户速率最低要求、公平性准则及QoS需求，以最大化共存系统总效用为目标函数构建最优化分配模型；再用考虑KKT条件的改进拉格朗日乘数法对最优化分配模型的不等式约束问题求最优解，得到授权频段和非授权频段的最优分配方案，使得各优先级的电力用户在满足速率、带宽、吞吐量、时延要求的前提下，选择最佳的载波频段及资源单元进行信息传输。

2.根据权利要求1所述的基于业务优先级的电力无线专网资源分配方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

a.在保证用户QoS需求的前提下，以最大化共存系统总效用为目标函数构建最优化分配模型：

式中U_L(i)表示授权用户总效用，U_W(j)表示非授权用户总效用，为基站分配给用户i的授权频段带宽，B_L表示系统可利用授权频段带宽，表示用户i的非授权频段占用时间因子，为WiFi AP分配给用户j的非授权频段利用时间因子，t_s是非授权频段允许占用的最大时间，T_put(k)是用户k的吞吐量，是归一化吞吐量大于等于0.1的用户个数，N是LAA小区用户数量，M是WiFi系统用户数量；

b.根据最优化分配模型构造拉格朗日函数

根据最优化分配模型构造授权频谱相应的拉格朗日函数：

其中，是授权用户的速率，N_max是授权频段所能服务的最大LAA用户数量；

构造非授权频段拉格朗日函数：

其中是已分配授权频段的LAA高优先级用户的速率，是分配非授权频段的LAA低优先级用户的速率，是所有WiFi用户的速率；

c.授权频段的分配：

①确定集合N_max

用表示未分配的授权频段带宽，N_max通过以下步骤确定：

1)初始化N_max，其中N_max为空集；

2)将所有LAA电力用户按照业务优先级递减的顺序排序，同种业务类型的电力用户按照信道质量递减的顺序排序；

3)判断的值，如果则

4)将位于队首的用户i从队列中取出并放入集合N_max中；

5)重复步骤3)和步骤4)，直到得到最终的N_max；

②确定LAA用户分配的授权频段带宽

采用拉格朗日乘数法计算拉格朗日因子λ：

其中表示频谱效率，为用户i在可授权频段的信道质量，C是常数；

当λ在上式取值范围之内时，用下式对LAA用户分配授权频段带宽：

其中r₀表示用户的最低传输速率，如果则否则，令λ＝λ+Δλ，Δλ是步长，重新计算最终得出分配给LAA用户的授权带宽

③判断吞吐量是否达标

根据已分配给LAA高优先级和部分低优先级用户的授权频段带宽、功率、噪声功率，计算用户k的归一化平均用户吞吐量

式中T_put(k)是用户k的吞吐量，判断是否至少90％的用户达到平均用户吞吐量的10％，如果达到则进入步骤④；如果没有达到，返回步骤①重新分配该用户的授权频段带宽；

④计算LAA用户的最大效用：

计算LAA用户的效用之和，效用值最大时对应的Bi_L即为授权频段最优分配方案；

d.非授权频段的分配

①确定LAA和WiFi用户占用非授权频段时间

采用拉格朗日乘数法计算乘子β：

式中，B_U表示系统可利用非授权频段带宽，表示WIFI用户在非授权频段的频谱效率，当β在上式取值范围之内时，用下式计算用户i的非授权频段占用时间因子和WiFi AP分配给用户j的非授权频段利用时间因子

式中r₀表示用户的最低传输速率，

分别对LAA和WiFi用户非授权频段利用时间进行求和，表示用户i的非授权频段占用时间，为WiFi AP分配给用户j的非授权频段利用时间，两者直接求和，得到LAA用户对非授权频段的占用时间t_L和WiFi用户对非授权频段的占用时间t_W，如果则t_L是LAA用户占用非授权频段的总时间、是LAA用户在非授权频段的分配策略，t_W是WIFI用户占用非授权频段的总时间，是WIFI用户在非授权频段的分配策略，否则，令β＝β+Δβ，Δβ是步长，重新计算t_L和t_W，最终得出LAA和WiFi用户占用非授权频段时间；

②判断吞吐量是否达标

根据下式判断是否至少90％的用户达到平均用户吞吐量的10％：

如果达到，则进入步骤③；如果没有达到，返回步骤①重新分配该用户的授权频段带宽；

③计算LAA和WiFi用户的最大效用

计算LAA和WiFi用户的效用之和，效用值最大时对应的和即为非授权频段最优分配方案。