1.一种基于非正交多址接入技术的M2M通信网络联合成簇及功率分配方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:S1:建模M2M设备与基站间信道增益;
S2:建模M2M设备间信道增益;
S3:确定簇头选择策略;
S4:对簇成员进行配对,确定所有组合方式;
S5:针对各种簇成员组合方式,优化确定簇头关联策略;
S6:基于簇内能效优化准则,确定簇成员功率分配策略;
S7:比较所有簇成员组合,确定全局最优成簇及功率分配策略;
步骤S1中,建模M2M设备与基站间信道增益,具体为:令网络内具有接入请求的M2M设备数为N,令Mi表示第i个M2M设备, 表示所有的M2M设备集合,hi表示Mi与基站间链路的信道增益,1≤i≤N;
步骤S2中,建模M2M设备间信道增益,令hi,j表示Mi与Mj间链路的信道增益,1≤i≠j≤N;
步骤S3中,确定簇头选择策略,具体为:令L表示网络中簇的数目,对M2M设备与基站之间链路的信道增益进行排序,假设信道增益满足h1≥h2≥…≥hα>>hα+1≥hα+2≥…≥hN,若α<N/3,则L=α;若α≥N/3,则 选择具有较高信道增益的L个M2M设备作为簇头,即Ml为簇头,1≤l≤L,令φCM={Mi,L+1≤i≤N}表示所有簇成员设备集合;
步骤S4中,对簇成员进行配对,确定所有组合方式,具体为:将N‑L个设备进行配对,确定所有匹配的设备组合,令总组合数为K;
步骤S5中,针对各种簇成员组合方式,优化确定簇头关联策略,具体为:对于组合1≤k≤K,将各簇头与簇成员对进行关联,得到组合k对应的簇头关联策略;
步骤S6中,基于簇内能效优化准则,确定簇成员功率分配策略,具体包括:对于第l个簇,建模簇内总能效为所有簇成员能效与簇头能效之和,即:其中, 为设备和簇头关联标识, 表示M2M设备 与簇头Ml关联,否则,
表示M2M设备 与 关联簇头Ml时, 的能效,定义为:其中, 表示 与 关联簇头Ml时, 的能效,建模为 其中,分别表示M2M设备 与 关联簇头Ml时, 的传输数据速率和发送功率,pcir表示电路消耗功率; 表示M2M设备 与 关联簇头Ml时, 的能效,建模为其中, 分别表示M2M设备 与 关联簇头Ml时, 的传输数据速率和发送功率;
ηl表示Ml发送数据至基站时,Ml的能效,建模为 其中,Rl、pl分别表示Ml向基站传输数据时对应的传输数据速率和发送功率; 其中,hl表示Ml与2
基站之间的链路信道增益,B为基站的可用带宽,σ表示噪声功率;
建模 传输速率 和 传输速率 具体为:令 分别表示 与簇头Ml之间链路的信道增益,根据SIC机制,当 得到簇成员功率分配需满足一定限制条件,具体包括:
1)设备关联簇头限制条件,建模为 即簇成员 和 最多可关联一个簇头;
2)簇成员数目限制条件,建模为 即簇头Ml最多关联两个M2M设备;
3)发送功率限制条件,建模为 即Mi的发送功率pi低于其最大发送功率,表示Mi的最大发送功率;
4)传输数据速率限制条件,建模为 其中,分别表示
和Ml的最低传输数据速率;
在满足M2M设备成簇与资源分配需求限制条件下,以簇内总能效 最大化为目标,确定基于簇内能效优化的功率分配策略,即其中, 表示 与簇头Ml的局部最优关联策略, 表示M2M设备 与 关联簇头Ml时, 的局部最优发送功率, 分别表示M2M设备 与 关联簇头Ml时, 的局部最优发送功率及Ml的局部最优发送功率, 表示Ml为簇头的簇内总能耗;
步骤S7中,比较所有簇成员组合,确定全局最优成簇及功率分配策略,具体为:选择K种组合最大能效对应的联合成簇及功率分配策略,即:其中,η为M2M通信网络的总能效,即