[发明专利]基于速率限制的异构网络每比特能量最小化资源分配方法

摘要

本发明提供一种基于速率限制的异构网络每比特能量最小化资源分配方法，包括以下步骤：步骤1，智能集中控制器收集异构网络中可用的带宽资源，带宽资源为异构网络中无线频率资源的总流量带宽；步骤2，智能集中控制器收集用户设备的资源使用申请；步骤3，智能集中控制器采用人工蜂群算法对异构网络中的频率资源进行分配。本发明提供的资源分配方法高效、可靠，可以显著提高异构网络中的能量利用效率，并减少其能量消耗。

主权项

1.一种基于速率限制的异构网络每比特能量最小化资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，智能集中控制器收集异构网络中可用的带宽资源，带宽资源为异构网络中无线频率资源的总流量带宽，记为YMHz，其中Y∈[16,32]；步骤2，智能集中控制器收集用户设备的资源使用申请；步骤3，智能集中控制器采用人工蜂群算法对异构网络中的频率资源进行分配；步骤2中所述的资源使用申请包括用户设备所需的时间比例、用户设备所需的最小速率；步骤3所述的智能集中控制器采用人工蜂群算法对异构网络中的频率资源进行分配，具体步骤如下：步骤3.1，智能集中控制器初始化人工蜂群算法的参数；步骤3.2，将蜜蜂按种群适应度大小分为采蜜蜂和跟随蜂，每只采蜜蜂对应一个原蜜源；步骤3.3，每只采蜜蜂在原蜜源附近搜索并计算其适应度值，若其适应度值小于原蜜源，则取代原蜜源；步骤3.4，跟随蜂依概率选择适应度值小的蜜源，并转化为采蜜蜂采蜜，同时在蜜源附近搜索，记录适应度值较小的蜜源位置；步骤3.5，判断搜索次数是否大于最大搜索次数，若大于则放弃步骤3.3中产生的蜜源，并在解的范围内随机产生一个新蜜源；若小于等于则转步骤3.6；步骤3.6，记录适应度值最小的蜜源、以及该蜜源相应的适应度函数值；步骤3.7，重复步骤3.2～3.6Ng次，最小的适应度函数值即为异构网络最小化的每比特能量值，Ng表示人工蜂群算法的最大迭代次数；步骤3.1所述的参数包括：蜜蜂总数Np∈[10,20]、采蜜蜂数量Ne∈[5,10]、最大搜索次数Limit∈[100,150]和人工蜂群算法的最大迭代次数Ng∈[500,600]；收集的参数还包括：基站总功率消耗第m个访问接入点中用户设备k可达到的数据速率无线接入访问点数量M、异构网络子载波数量N、子载波带宽W、用户设备数量K、噪声谱密度σ²、异构网络中子载波n上用户设备k时分因子α_nk、子载波n上用户设备k平均传输功率p_nk、子载波n上用户设备k信道增益g_nk、基站静态功率消耗基站功率放大器效率1/ξ^BS、决定基于信噪比阈值可达到数据速率c、访问接入点输出功率第m个访问接入点中用户设备k信道收益WLAN信道噪声方差其中m∈M，n∈N，k∈K；收集的参数还包括：异构网络中用户设备k所需的最小速率子载波n上用户设备k可达到的最大数据速率r_nk；初始化蜂群，利用公式(4)随机产生N_p个人工蜂群算法的初始解表示第i只蜜蜂第m个访问接入点中用户设备k分配到的时间比例，其中i∈[1,N_p]，是用户分配到时间比例的下限，是用户分配到时间比例的上限，s∈[0,1]之间的随机数，初始解需要满足公式(5)、(6)、和(7)，初始化迭代次数序号gen＝1；步骤3.2具体过程为：利用公式(8)计算第i只蜜蜂适应度函数值的大小，将函数值从小到大排列，取函数值排名前N_e的解看做第gen次循环的原蜜源，其中N_e的取值为N_p的一半，每个原蜜源对应一只采蜜蜂，其余的解则对应于跟随蜂所在位置，其中表示第i只蜜蜂在gen次循环时的适应度函数值其中，为访问接入点传输态功率消耗，为访问接入点空闲态功率消耗；步骤3.3的具体过程为：步骤3.3.1，设定搜索次数v(h,gen)＝0，采用公式(9)产生第h只采蜜蜂在第gen次循环的新蜜源其中表示第h只采蜜蜂在第gen次循环的原蜜源，其中r∈[‑1,1]的随机数，h∈{1,2,...,Ne},j∈{1,2,...,Ne},j≠h，其中j随机生成；步骤3.3.2，利用步骤3.2的方法计算第gen次循环中第h只采蜜蜂的新蜜源的适应度函数值比较与大小；若则取代原蜜源，令搜索次数v(h,gen)＝0；否则，舍弃新蜜源，令v(h,gen)←v(h,gen)+1；步骤3.4的具体过程为：步骤3.4.1，利用公式(10)计算第gen次循环中第h个跟随蜂选择蜜源的概率P(h,gen)，并将P(h,gen)与rand比较，若rand＜P(h,gen)，则将第h个跟随蜂转换为采蜜蜂，并在第h个采蜜蜂对应的蜜源附近搜索，rand∈(0,1)之间的随机数，步骤3.4.2，采用公式(11)确定在第gen次循环中由第h只跟随蜂转换的采蜜蜂的新蜜源，其中r∈[‑1，1]的随机数，h∈{1,2,...,Ne},j∈{1,2,...,Ne},j≠h，其中j随机生成；步骤3.4.3，利用步骤3.3的方法计算第gen次循环中对应的适应度函数值比较适应度函数值与步骤3.3产生的蜜源适应度函数值的大小；若小于步骤3.3产生的蜜源适应度函数值，则取代步骤3.3产生的蜜源，令搜索次数v(h,gen)＝0；否则，舍弃跟随蜂转换的采蜜蜂的新蜜源，令搜索次数v(h,gen)←v(h,gen)+1。