一種基于聯合單播與組播機制的資源分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信技術領域，具體是一種基于聯合單播與組播機制的資源分配方 法。
【背景技術】
[0002] 資源調度是資源分配的一種形式，它通過為時域和頻域資源有效的選擇調制和編 碼，完成在各個不同用戶之間高效分配無線資源的任務。資源調度的目標包括兩方面:保證 用戶的Q〇S(Quality of Service，服務質量)和最大化通信系統的吞吐量；用戶的QoS指用 戶的數據傳輸速率和用戶之間的公平性。
[0003] 現有技術中的資源調度方法包括輪詢算法和最大載干比算法；
[0004] 輪詢算法，又名RR調度算法，不對用戶調度優先級次序進行排序，開始調度時先進 行查詢，如果有需要調度的用戶和可以分配的資源，根據用戶申請資源的順序依次調度。一 個用戶完成調度后，則將其放到等待隊列的隊尾，然后按照此用戶等待隊列循環執行;對用 戶進行調度時保證每個用戶獲得相等的資源調度機會，所有用戶之間保持最佳的公平性。
[0005] 劣勢在于不管用戶所處的信道狀態優劣都可以保持相同的調度優先級，而在相同 的傳輸時間內，信道條件好的用戶較信道條件差的用戶可以得到更大的吞吐量，因此RR算 法會在很大程度上限制系統吞吐量。
[0006] 最大載干比算法，又名Max C/Ι調度算法；首先查詢，按照用戶信道條件好壞進行 優先級排序，按照此排隊序列從高到低依次對用戶進行調度，對一個用戶完成一次調度后 如果其信道條件仍然是最好的，那么繼續對其進行調度。每次進行調度時選擇此時信噪比 最大，即信道條件最好的用戶分配資源。
[0007] 以往經典算法各有優缺點:RR調度算法依次輪詢，實現最簡單，可以最大程度的保 障用戶之間的公平性，對系統吞吐量最低的用戶間公平性最好，但是對于QoS的保障和信道 適應性能較差。
[0008] Max C/Ι調度算法的系統吞吐量最高，算法復雜度較小，可以用來計算系統提供的 最大吞吐量。但是調度時不考慮用戶的公平性，用戶間公平性是最差的，對于QoS的保障和 信道適應性能也比較差。
[0009] 上述算法中只能QoS需求和吞吐量之間二選一，不能保證系統用戶QoS需求同時使 系統獲得最大吞吐量。

【發明內容】

[0010] 本發明針對現有算法不能同時保證用戶系統QoS需求和系統吞吐量最大，提供了 一種基于聯合單播與組播機制的資源分配方法，通過計算通信系統吞吐量保障了多媒體業 務的高質量傳輸。
[0011] 聯合單播與組播機制包括:基站，單播用戶和組播用戶；
[0012] 基站有1個，單播用戶為直接與基站相連的M2M設備；組播用戶為與單播用戶相連 的M2M設備；
[0013] -種基于聯合單播與組播機制的資源分配方法，具體步驟如下：
[0014] 步驟一、針對包括基站，單播用戶和組播用戶的小蜂窩網絡，初始化參數；
[0015] 參數包括單播用戶和組播用戶總數，初始單播用戶數，最大單播用戶數，噪聲功 率，信道帶寬，基站發送功率和單播用戶發送功率。
[0016] 最大單播用戶數根據需求設定，在仿真過程中對單播用戶的最大數量進行限制。
[0017] 單播用戶和組播用戶總數為N個，其中，各用戶設為UEn，ne{l，2,3......，N}。
[0018] 步驟二、使用隨機函數確定各用戶的位置，并計算各用戶與基站之間的距離；
[0019] 基站B的坐標設為(0，0);以基站B為圓心，半徑為R/2的圓形范圍內隨機布置單播 用戶和組播用戶，使用隨機函數randO計算每個用戶的位置坐標(x(n)，y(n)) :
[0020] x(n) =rand( 1 )*R_R/2
[0021] y(n)=rand(1)*R-R/2
[0022]應用各用戶的位置坐標計算各用戶與基站之間的距離distance(n);
[0023] distance(n)=sqrt(x(n)A2+y(n)A2)
[0024]步驟三、將距離distance(n)值降序排列，選取前m個用戶作為單播用戶，并將單播 用戶分別連接到基站。
[0025] 步驟四、將剩余用戶作為組播用戶，針對每個組播用戶，分別計算該組播用戶與m 個單播用戶之間的距離，根據距離最小值，將該組播用戶連接到對應的單播用戶；
[0026] 步驟五、循環更新單播用戶的數量值m，分別計算系統的總吞吐量并獲取最大化系 統吞吐量。
[0027] 單播用戶的數量值m初始值為1，每次循環更新m自增1。
[0028] 具體步驟為：
[0029] 步驟501、定義基站和各用戶的關聯矩陣X，以及單播用戶和各用戶的關聯矩陣Y;
[0030] 基站和各用戶的關聯矩陣X，為一行N列的矩陣，其中元素表示為Xb,n，ne{l，2， 3......，N};如果某個用戶直接與基站相關聯，Xb,n的值為1;否則Xb, n的值為0;
[0031]針對某個單播用戶UEi，i e {1，2，3......，m;m < N}，該單播用戶和各用戶的關聯 矩陣Yi，為1行N列的矩陣，其中元素表示為y1>n;如果單播用戶直接與組播用戶相關聯，y1>n 的值為1;否則yi,n的值為〇;
[0032]所有的m個1行N列的矩陣關聯矩陣h形成關聯矩陣Y。
[0033]步驟502、針對某個單播用戶UEi，計算該單播用戶和基站關聯時的下行信道信噪 比 smRb，i:
[0035]其中Pb, i為基站B對單播用戶UEi的發送功率;gb, i為單播用戶UEi和基站B之間的信 道功率增益；
[0036] ?"是基站8對其它的單播用戶現1{的發送功率汰三（1，2，'"，111}沽矣1〇2為加性高 斯白噪聲。
[0037]步驟503、針對某個單播用戶UEi和與該單播用戶相連的組播用戶UEp計算相關聯 時的下行信道信噪比SINRi, j: j e {m+l，m+2，m+3......，N}
[0039] Pu為單播用戶UEi對與該單播用戶相連的組播用戶UEj的發送功率，gu是單播用 戶UEi與組播用戶UEj之間的信道功率增益；
[0040] yi,i為單播用戶服和除去組播用戶1?的其他組播用戶UEi關聯矩陣元素值，le{m + l，m+2, . . .，N}，1矣j;Pi,i是單播用戶UEi對其他組播用戶UEi的發送功率，σ2為加性高斯白 噪聲
[0041 ] 步驟504、利用下行信道信噪比SINRb,i計算單播用戶UEi的吞吐量Qb,i:
[0042] Qb)i=fflog2(l+SINRb>i)
[0043] W表示基站總的信道帶寬。
[0044]步驟505、利用下行信道信噪比SINRw計算與單播用戶服相連的組播用戶1?的吞 吐量Qi, j:
[0045] Qi)j=ffl〇g2(l+SINRi)j)
[0046] 步驟506、利用關聯矩陣X，關聯矩陣Y，單播用戶UEi的吞吐量和組播用戶UEj的吞吐 量計算系統總吞吐量；
[0048] xm為基站和單播用戶UEi的關聯矩陣元素值;yi,j為單播用戶UEi和與單播用戶UEi 相連的組播用戶U&關聯矩陣元素值；
[0049]步驟507、對系統總吞吐量進行排序，獲取最大化系統吞吐量argmaxQt;
[0050]系統吞吐量受以下條件的制約：
[0052] Pb,max是基站的最大發送功率限制，P1>max是單播用戶的最大發送功率限制。
[0053]步驟六、在最大化系統吞吐量下，判斷單播用戶數是否滿足最大單播用戶數的限 制，如果滿足，則輸出最大化系統吞吐量，循環結束;否則返回步驟五，繼續循環計算系統總 吞吐量。
[0054]比較不同數量單播用戶下的系統總吞吐量，確定最優解，即最優單播用戶數和最 大系統吞吐量。
[0055] 本發明的優點在于:一種基于聯合單播與組播機制的資源分配方法，通過將螢火 蟲算法引入到蜂窩系統資源分配中，充分利用算法的特性，即算法參數少和實現簡單，降低 了系統資源分配的復雜度，節約了計算時間，從而，既可以保證用戶系統QoS需求又可以使 系統吞吐量達到最大。
【附圖說明】
[0056] 圖1是本發明聯合單播與組播機制的結構示意圖；<