1.一种分布式端到端用户(DU)和蜂窝网络用户(CU)关联及时间分配方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
1)对于一个具有N个DU和M个CU的混合网络,M≥N,当DU i与CU j关联时,1≤i≤N,
1≤j≤M,DU i和CU j的吞吐率分别为:其中,式中各参数定义如下:
DU i的吞吐率;
CU j的吞吐率;
B:CU j的上行链路的带宽;
αij:分配给CU j的时间片;
1-αij:分配给DU i时间片大小;
xij:指示变量,xij=1表示DU i和CU j相关联,xij=0表示DU i和CU j不相关联;
DU i的传输功率;
CU j的传输功率;
gij:发送者DU i和接收者之间的信道增益;
gj:CU j和基站之间的信道增益;
ni:DU i相应的接收者的噪声功率;
nj:CU j相应的接收者的噪声功率;
2)在保证单个DU和CU的最小吞吐率的情况下,允许DU共享CU的蜂窝网络资源以最大化系统的吞吐量,所以,问题描述为:约束条件:
0≤αij≤1,
其中,式中各参数定义如下:
DU i的最小数据速率;
CU j的最小数据速率;
Cj:为简化符号,用Cj表示B表示CU j不和任何DU关联, 表示CU j和某一个DU关联;
N个DU用户的集合,
M个CU用户的集合,
问题(2)使用凸优化理论难以解决,将该问题(2)分解为时间分配优化子问题和DU与CU关联优化子问题;
3)当DU i和CU j关联时,时间分配优化子问题为约束问题:
0≤αij≤1
问题(3)是具有一个变量的线性优化问题,如果该问题存在一个最优解α′ij,则α′ij为所以,在最优情况下,DU i和CU j的总吞吐量Wij为Wij=(1-α′ij)Dij+α′ijCj (5)其中,式中各参数定义如下:
Dij:为简化符号,用Dij表示B如果问题(3)不存在最优解,则令Wij=0,xij=0;
4)DU与CU关联优化子问题用下式表示:约束条件:
问题(6)是一个二元线性优化问题,它的前两个约束条件对 应的约束矩阵 是一个完 全幺模 矩阵,因此 放宽问 题(6)的约束 条件,得到(7):约束条件:
5)当CU和DU关联时,有一部分CU没有关联到DU用户,假设存在M个虚拟的DU用户,如果CU j没有关联的DU,则把该CU视作和虚拟的DUj相关联,因此,问题(6)转化为一个从集合 到集合 的最大权重的二分匹配,问题(6)的对偶问题是:约束条件:xi+yi≥Wij,其中,式中各参数定义如下:
yj:CU j的收益;
xi:DU i的收益;
zj:虚拟DU j的收益;
6)每个DU i向所有的CU广播一个信息,该信息包括DU i的峰值速率Dij和最小数据速率 每一个CUj收到DU i发来的信息后,求解问题(3),然后将Wij和时间片1-αij通知DU i;
7)每个DU i根据收到的信息求出它的邻居集合 每个CU j根据它收到的信息求出它的邻居集合
8)每个DU和CU从[0,Wij]中随机的选择收益 和 每一个CU j从[0,Cj]中随机选择收益 每一个虚拟DU j的收益为 选择一个近似因子∈>0,令t=
1;
9)每一个DU i将它的收益 通知每一个邻居CU j,每一个CU j将它的收益 通知每一个邻居DU i;
10)每一个DUi根据公式(9)向CUj出价 每一个CUj根据公式(9)向DU i出价+其中符号[·] 表示投影到非负象限;
每一个虚拟的DUj根据公式(10)向CU j出价 每一个CU j根据公式(10)向虚拟的DU j出价其中,由于每一个虚拟的DU j只允许和CU j关联,因此对于所有的t, 的值均为
0;
11)每个DU和CU通过公式(11)估计它的利润然后通过公式(12)更新它们的收益;
其中,k∈(0,1),k接近0表示更新前后的e值差别不大,k接近1表示更新后的值受邻居出价影响较大, 表示i的邻居集合中除去元素i;
更新完毕后,将t加1,t=t+1;
12)令
如果max{A,B,C}≤∈,则转到步骤13),否则转到步骤9);
13)每一个DU和CU根据公式(11)获得最优的利润,假设它们相应的最优利润为每一个CUj判断是否关联DU,如果 则CUj不和任何DU关联,然后CUj将 通知给它的邻居;
14)每一个DUi查找它关联的CU,如果 则DUi可以和CUj关联,这样DUi就和CUj共享上行链路资源。