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专利号: 2018101585557
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、制定包括新到达用户的关联以及家庭基站休眠后用户的关联的用户关联机制,建立系统能耗模型,表示为:其中,Ptotal表示系统能耗,n0表示宏基站服务的用户数; 表示宏基站功放的最大输出功率,φ0表示宏基站功放的无线频率转换因子;K表示家庭基站总数;PS表示家庭基站休眠时所消耗的能量;Pconst表示家庭基站处于工作状态时消耗的能量的常数部分; 表示家庭基站功放的最大输出功率;φF表示家庭基站功放的无线频率转换因子,nj表示第j个家庭基站服务的用户数;bj表示第j个家庭基站的当前状态,即bj为0表示第j个家庭基站当前处于休眠模式,bj为1表示第j个家庭基站当前处于工作模式;

S2、根据用户关联机制,建立半马尔科夫决策过程SMDP模型,包括建立系统状态空间以及系统动作空间;

S3、根据系统状态空间中的当前系统状态,调整系统动作空间中的动作;得到转移后的系统状态;

S4、根据所述当前系统状态和所述转移后的系统状态以及用户关联机制,计算半马尔科夫决策过程SMDP模型的系统转移概率,表示为:其中,P(sv|s,a)表示在当前系统状态s下采取动作a时的转移后的系统状态sv的概率;

λi表示基站i的到达率;F(s(sb,a)=svb)表示当s(sb,a)=svb为真时,F(s(sb,a)=svb)的值为1,当s(sb,a)=svb为假时,F(s(sb,a)=svb)的值为0,也即是只有当家庭基站处于状态sb,并对家庭基站采取动作a,家庭基站的状态转移至svb,这个命题为真时,式F(s(sb,a)=svb)的值为1,否则为0;μi表示基站i的服务率;ni表示基站i关联的用户数;nu表示用户采用用户关联机制进行重关联后可能形成的关联状态的所有情况数;ei∈{0,1}K+1表示一个K+1维的单位向量,所述单位向量除了第i个元素为1外,其余都为0;u表示是所有进入睡眠的基站对应用户重新关联的向量统计;nvj=0|aj=1表示第j个家庭基站进入休眠模式下第j个家庭基站状态转移后的关联用户数为0;i∈{0,1,...,K};基站0表示宏基站,基站1到基站K分别表示第1个家庭基站到第K个家庭基站;τ(s,a)表示在当前系统状态s下采取动作a时的平均驻留时间;

S5、计算当前系统状态的系统能耗;根据所述半马尔科夫决策过程SMDP模型的系统转移概率,得到转移后的系统状态的系统能耗,以两者的系统能耗之差作为系统的收益函数,表示为:其中,R(s,a)表示在当前系统状态s下采取动作a时的系统的收益函数;ΔP(s,a)表示在当前系统状态s下采取动作a的系统总收益; 表示对当前系统状态s采取动作a对应的平均驻留时间的期望;ΔP0(s,a)表示宏基站在当前系统状态s采取动作a时带来的收益;ΔP1(s,a)表示家庭基站由休眠模式进入工作模式,家庭基站在当前系统状态s采取动作a时带来的收益;ΔP2(s,a)表示家庭基站保持状态不变,家庭基站在当前系统状态s采取动作a时带来的收益;ΔP3(s,a)表示家庭基站由工作模式进入休眠模式,家庭基站在当前系统状态s采取动作a时带来的收益;α表示连续时间下的折扣收益因子;γ(s,a)=τ(s,a)-1;

S6、当所述收益函数的值最大时,确定转移后的系统状态,从而确定系统动作空间中的动作,所述动作即为最优休眠决策。

2.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法,其特征在于,所述用户关联机制具体包括:所述新到达用户的关联包括:

当第j个家庭基站服务的用户数小于 且第j个家庭基站处于工作模式时,则第j个家庭基站允许新到达的用户接入;当第j个家庭基站服务的用户数等于 或者第j个家庭基站处于休眠模式时,则第j个家庭基站拒绝新到达的用户;新到达的用户被新到达用户的关联覆盖范围内的所有家庭基站拒绝时,将该新到达的用户关联到宏基站; 表示家庭基站能承载的最大用户数;

所述家庭基站休眠后的用户的关联包括:

若第j个家庭基站进入了休眠模式,则将第j个家庭基站正在关联的用户UN={u1,u2,...,uN}重新关联到宏基站,或将第j个家庭基站正在关联的用户UN={u1,u2,...,uN}重新关联至覆盖用户UN的家庭基站,具体为:若覆盖用户uq的第p个家庭基站的关联用户数没有达到负载上限,则用户uq关联至第p个家庭基站,否则用户uq关联至宏基站,uq表示第q个用户,p∈{1,2,...,K}且p≠j;q∈{1,2,...,N};K表示家庭基站总数;N表示用户总数。

3.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法,其特征在于,所述系统状态空间 包括:其中,s表示当前系统状态;sv表示转移后的系统状态,也即是第v种转移后的系统状态;

v∈{1,2,...,Q};Q表示可能存在的转移后的系统状态种类数。

4.根据权利要求3所述的异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法,其特征在于,所述系统动作空间 包括:其中,a表示动作;aj表示第j个家庭基站的动作,aj=1表示第j个家庭基站进入休眠模式,aj=0表示第j个家庭基站保持状态不变,aj=1表示第j个家庭基站进入工作状态;如果第j个家庭基站当前处于休眠状态,即bj=0,那么第j个家庭基站不能再次进入休眠模式,此时aj≠-1;如果第j个家庭基站当前处于工作状态,即bj=1,那么第j个家庭基站不能再次进入工作模式,此时aj≠1;j∈{1,2,...,K}。

5.根据权利要求4所述的异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法,其特征在于,所述步骤S3根据系统状态空间中的当前系统状态,调整系统动作空间中的动作;得到转移后的系统状态包括:所述当前系统状态:s=[su,sb];

所述转移后的系统状态:sv=[svu,svb];

其中,su表示基站与用户间的当前关联状态,sb表示家庭基站的当前状态;svu表示基站与用户间的转移后关联状态;svb表示家庭基站的转移后状态;

所述su包括:su=[n0,n1,…,nj,…,nK];

所述sb包括:sb=[b1,…,bj,…,bK];

所述svu包括:svu=[nv0,nv1,…,nvj,…,nvK];

所述svb包括:sb=[bv1,…,bvj,…,bvK];

n0为宏基站当前关联的用户数;nj为第j个家庭基站当前关联的用户数,且

nv0为宏基站转移后关联的用户数;nvj为第j个家庭基站转移后关联的用户数,且为家庭基站能承载的最大用户数;j∈{1,2,...,K};设 N≤Nmax,N表示所有基站服务的用户总数;Nmax为系统区域 中的最大的容量;

bj表示第j个家庭基站的当前状态,bj=0表示第j个家庭基站当前处于休眠状态,bj=1表示第j个家庭基站当前处于工作状态;

bvj表示第j个家庭基站转移后的状态,bvj=0表示第j个家庭基站转移后处于休眠状态,bvj=1表示第j个家庭基站转移后处于工作状态;K表示家庭基站总数。

6.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法,其特征在于,所述在当前系统状态s下采取动作a时的平均驻留时间包括:其中,λ0表示宏基站的到达率;μ0表示宏基站的服务率;λj表示第j个家庭基站的到达率;Lj表示aj和bj的状态函数,bj=0且aj=1时或者bj=1且aj=0时,Lj=1;bj=0且aj=0时或者bj=1且aj=1时,Lj=0。

7.根据权利要求6所述的异构蜂窝网络中基于SMDP的家庭基站休眠方法,其特征在于,所述步骤S6的最优休眠决策包括:根据动态规划方法求取所述收益函数的值最大时对应的系统动作空间中的动作,所述对应的系统动作空间中的动作即为家庭基站的最优休眠策略πt*(s);

所述家庭基站的最优休眠策略πt*(s)包括:

其中,πt*(s)表示 取得最大值时,动作a的取值;

表示归一化后的折扣收益因子, ω=(K+1)·

(λmax+μmax);λmax表示基站的最大到达率;μmax表示基站的最大服务率;K表示家庭基站总数;

表示状态sv的归一化后的最大长期收益;