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专利号: 2021105748184
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:根据基站覆盖范围建立用户与基站初始关联集,计算用户u到基站b的视线距离du,b,根据du,b与基站覆盖半径rb之间的关系du,b<rb,得到用户u与基站b的初始关联集;

S2:根据用户移动性划分不同的可关联基站子集;

S3:根据用户时延需求划分不同的可关联基站子集;

S4:设定卫星回传信噪比阈值;

S5:判断卫星回传容量 是否因雨雪衰减而受限,若是,则构建用户传输速率和与接入用户数最大化的优化模型,否则,构建用户传输速率和与基站负载折衷的优化模型;

S6:在卫星回传容量限制下对各关联子集采用分布式最大需求算法,旨在最大化用户传输速率和与用户数量;在满足用户最低速率需求的条件下对各关联子集采用匹配算法,实现基站间负载均衡。

2.根据权利要求1所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S1中用户到基站的视线距离为:其中(xu,yu),(xb,yb)分别为用户u和基站b的坐标,根据du,b与基站覆盖半径rb之间的关系,构建了U×B的用户与基站初始关联矩阵A,其中矩阵元素au,b的取值为:au,b表示用户u与基站b的初始关联关系,并且将公式(2)作为后续计算用户可关联基站的约束条件。

3.根据权利要求2所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S2根据用户移动性划分不同的可关联基站集:其中,b为用户关联的基站,b=0表示卫星辅助基站,b=1表示地面网络宏基站,2≤b≤B表示地面网络小基站,vu为用户u的移动速度,为设定的速度阈值。

4.根据权利要求3所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S3根据用户时延需求划分不同的可关联基站集:Tu表示用户时延需求类型,若当前用户为时延敏感型用户Tu=1,否则,Tu=0。

5.根据权利要求4所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S4中卫星接收信号的信噪比SNRs为:其中,Ps为卫星辅助基站的发射功率,Gs为卫星辅助基站发射天线增益,Gsat为卫星接收天线增益,Lo为空间中其他衰落,其他衰落包括雨、雪、水蒸气、云雾在内的衰落,ds,sat为卫2

星辅助基站到卫星的视线距离,σ为噪声功率;

所述步骤S4中设定卫星回传信噪比阈值:其中, 为卫星回传的实际容量, 是根据信噪比计算得到的回传容量,α取值为0到

1之间的常系数, 表示设定的信噪比阈值。

6.根据权利要求5所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S5中,若回传容量受限,则构建用户传输速率总和与接入用户数量最大化的优化模型,具体包括:

步骤S5中用户u传输速率ru,b:其中,用户u∈{1,...,U},U为网络中用户数,Wu表示基站分配给用户u的带宽,pu表示用户u的发射功率, 表示用户u与基站b之间的信道增益,xu',b表示用户u′∈{1,...,U}‑{u}与基站b的关联关系, 表示用户u′与基站b之间的信道增益,pu′表示用户u′的发射2

功率, 表示接入基站b的所有u′用户带来的干扰,σ表示噪声功率;

步骤S5中用户传输速率和与接入用户数量最大化的优化模型:符合:

C1:xu,b∈{0,1}

其中,λ为调节参数,约束C1中xu,b表示用户u与基站b的连接关系,xu,b=1表示用户u与基站b关联,否则,xu,b=0;约束C2表示用户u同时只能与一个基站b建立链路连接;约束C3意味着用户u与基站b的关联关系xu,b必须建立在其初始关联au,b约束下;约束C4表示每个基站接入数据速率总和 不能超过基站回传容量 约束C5表示用户移动性与可关联基站之间的关系;约束C6表示用户时延类型与可关联基站之间的关系。

7.根据权利要求6所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S5若回传容量达到最大,则构建用户传输速率总和与基站负载折衷的优化模型,具体包括:

先定义各基站b的负载率Lb为:

其中, 表示基站b的回传容量;

步骤S5用户传输速率和与基站负载折衷的优化模型:符合:

C1:xu,b∈{0,1}

其中,约束C4表示用户u传输速率ru,b必须大于最小传输速率阈值 以满足用户QoS需求,β是调节参数。

8.根据权利要求7所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S6在卫星回传容量限制下采用分布式最大需求算法实现最大化用户传输速率和与接入用户数,在各个子集中,用户根据接收信号的信干噪比SINR选择可关联基站,并选择接入信干噪比最大的基站,各个基站在满足回传容量约束的条件下,根据用户速率ru,b从高到低依次选取达到自身允许接入的最大用户数。最终得到在满足上述约束条件下的最大用户速率和与用户数量。

9.根据权利要求8所述的一种保障用户移动性和时延需求的分布式用户关联方法,其特征在于,所述步骤S6在满足用户最低速率需求条件下采用匹配算法实现用户传输速率和与基站间负载的折衷,在各个子集中,用户和基站之间进行多对一的匹配,未匹配用户在候选基站集中,根据接入基站速率最大且当前基站负载最小的效用函数,按降序构建其偏好列表P(u),并向列表最前的基站b发出接入请求;基站根据申请用户的接入传输速率构建偏好列表P(b),在满足用户最低速率需求条件下选择接入速率最大的用户,并将该用户从P(b)中去掉,更新匹配对(u,b),重复执行,直至基站偏好列表 随着用户的接入,会改变基站的负载情况,导致用户效用函数发生改变。可通过对所有匹配对(u,b)寻找最优的交换匹配进行交换,更新网络效益,并最终通过有限次交换匹配达到稳定;重复上述过程,直至所有用户都接入了基站,或者所有基站的数据速率总和都达到了上限;从而得到在满足上述约束条件下的最大用户速率总和,同时实现了基站间负载均衡。