[发明专利]一种在SDWN下的云业务上行调度方法

摘要

本发明公开了一种在SDWN下的云业务上行调度方法，该方法能在多用户的速率限制条件下，最大化系统吞吐量并满足无线云业务的能量需求，不仅考虑了多用户的QoS需求下的系统容量，而且考虑了新兴业务的特殊要求。具体地，该方法将云业务从传统的分类调度中抽离出来，在最大化系统容量和保障多用户速率的子信道分配方案的基础上，利用SDWN动态配置云业务的发送速率，使其在单位时间内的数据发送量与当前时刻的信道增益成正比，从而减小用户的发送能量消耗来延长电池寿命，提升了用户满意度。

主权项

1.一种在SDWN下的云业务上行调度方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：定义SDWN下云业务上行调度方案的数学模型；(1)定义云业务在上行调度中的能量优化模型；根据当前时隙内云业务的信道增益相应地调节该时隙内的数据发送速率b(t)，在满足T时隙内完成数据量为L的数据传送和每时隙内发送的数据量不大于剩余数据量两个限制条件下，最小化云用户总的能量消耗，因此云业务的能量优化问题可表示为：s.t.其中为当前时刻的能量消耗，P^u为用户最大发送功率，为由香农公式得到的SC‑FDMA下的能量与速率的关系式子，N₀为接收端的子信道噪声功率密度，|K_m|为分配给用户m的子信道个数，Ws为子信道带宽，为子信道上的平均信道增益；(2)云业务在传统网络调度方案中能量消耗的特点；在采用有QoS保障的最大化系统吞吐量调度方案中，每个时隙内的子信道分配准则为在满足用户获得的速率不小于其速率需求的同时，最大化当前时隙内所有用户获得的速率之和，因此一个调度时隙内的资源分配优化问题可表示为：s.t.其中，KA表示所有满足连续性限制的分配方案的集合，p^u为UE最大的发射功率，表示用户m的业务对速率的要求，在以优化用户发送功率为主要目的的调度方案里，每个时隙内资源分配的目标函数为使当前时隙内所有的用户发射总功率最小，限制条件为每个业务获得的速率不小于其速率需求，因此一个调度时隙内的资源分配优化问题可表示为：s.t.(3)定义SDWN下能满足云业务能量需求的调度模型；在SDWN下的调度方案中，每个调度时隙内的资源分配问题可归纳为：以最大化云业务以外的所有用户获得的速率之和为目标函数，限制条件为云业务外的每个用户获得的速率都不小于其速率需求，以及云业务的速率等于当前时隙内理论上的最佳发送速率，具体表示如下：s.t.其中是以下问题的解：s.t.步骤2：推导在单时隙内的最佳传输速率；通过动态规划来依次确定时隙t(t＝1,...,T)内应传送的数据量，其目标函数可以分为两部分之和，第一部分为当前时刻的能量消耗第二部分为剩余时刻预计的总能量消耗因此t时刻的决策问题为选择一个满足限制条件的最优速率b(t)，使得两部分之和最小，表示为：这是一个多阶段决策问题，这里采用逆序迭代的方法进行递推，即先确定最后一个时隙t＝1时的最优决策，然后将结果带入t＝2时隙进行决策确定，依次类推，为方便迭代过程的表示，用表示上述公式所描述的问题在作出最优决策时的最小目标函数值，即t时刻获得的最小能量消耗和，表示价值函数，即在最优决策时t‑1到1的所有时隙内传送β(t‑1)比特的数据预计需要耗费的能量代价，也就是的值，考虑到能量消耗的表达式，得：在t≥3时无法求得最优解b(t)和的解析表达式，采取次优解法，用表示价值函数，其中表示根据信道统计信息对i时隙内信道状态的估计，为v_i的几何平均值，b(t)即为无限制条件时优化问题的最优解，对其加入限制条件0≤b(t)≤β(t)，作为原优化问题的次优解,即：其中表示x最大取b，最小取a；步骤3：确定每个时隙内的资源分配方案；(1)列出每个用户的子信道分配矩阵，代表所有可能的分配方案；由于分配连续性条件的限制，对任一用户都有种可能的分配方案，每个用户的子信道分配矩阵都是一个相同的大小为K×C的矩阵，其中K行对应K个正交的子信道，C列对应C种可能的分配方案，矩阵中的元素“1”代表子信道分配给该用户，“0”表示不分配，(2)分别求出每个用户在每种可能的分配方案下的速率，构成一个大小为MC×1的速率矩阵r＝[r₁,...,r_M]^T，其中r_m＝[r_m,1,...,r_m,C]^T，其元素r_m,j表示用户m在采用A中第j列对应的分配方案时获得的速率，其值可根据求出，其中|K_m,j|表示第j列对应的分配方案中分配给用户m的子信道的个数；(3)为了保证用户的速率需求得到满足，利用公式中的速率限制条件对r进行筛选，构造目标指数矩阵e来保障用户的QoS，其元素e_m,j表示用速率限制条件对方案进行筛选后，用户m在A中第j种方案下的目标指数，筛选原则为如果方案满足速率限制条件，则其目标指数等于其速率，否则将其目标指数置为负无穷，以表示对方案的否定；(4)定义一个大小为MC×1的列向量X＝[X₁,...,X_M]^T来表示分配方案，其中X_m＝[x_m,1,...,x_m,C]^T，x_m,j为“1”时表示用户m采用分配矩阵中第j列对应的分配方案，反之为“0”，因此公式所描述的问题的优化目标可表示为在所有可能的方案中找到使所有用户目标指数之和最大的方案，即由于一个子信道最多只能分配给一个用户，得限制条件：[A₁,...,A_M]X≤1_K，每个用户用且只能用一种分配方案，得限制条件：至此已将公式所描述的问题归纳成了一个0‑1整数规划问题，通过穷举法容易求得目标函数在限制条件下的最优解，即可确定当前调度时隙内的资源分配方案；步骤4：SDWN下的云业务上行调度方案；(1)初始化调度时隙t＝T，云业务剩余数据量β(t)＝L；(2)更新状态方程β(t‑1)＝β(t)‑Ri(t)，t＝t‑1，从步骤2开始进行下一时隙的资源分配。