一种基于效用函数和价格机制的频谱资源分配方法

摘要

一种基于效用函数和价格机制的频谱资源分配方法，适用于无线通信中在虚拟蜂窝网络中使用。首先用户终端从基站处得到获得信号增益，网络虚拟化控制器计算分配给蜂窝网络运营商服务的各用户终端的最优子载波数目，以及第n个虚拟服务提供商服务的每个用户终端的最优子载波数目，网络虚拟化控制器计算蜂窝网络运营商对频谱资源的供给量和所有虚拟服务提供商对频谱资源的需求量，网络虚拟化控制器判断数据是否符合要求，当符合，则得到每个用户终端的最优频谱资源分配结果，如果不符合则继续迭代运算。其方法简单，分配效果好，达到最大化蜂窝网络运营商和虚拟服务提供商网络收益的目的。

主权项

一种基于效用函数和价格机制的频谱资源分配方法，其特征在于：采用蜂窝网络运营商CNO，网络虚拟化控制器NVC，虚拟服务提供商VSP和多个用户终端UE构成虚拟蜂窝网络小区，其中有N个虚拟服务提供商向蜂窝网络运营商MNO租用网络资源，蜂窝网络运营商MNO拥有所有的频谱和网络基础设施同时服务了M个用户终端UE，蜂窝网络运营商MNO中的基站向蜂窝网络运营商MNO自身内部的M个用户终端UE以及虚拟服务提供商VSP所服务的用户终端UE提供Internet无线接入服务；对蜂窝网络运营商和N个虚拟服务提供商的频谱资源分配步骤如下：a.当虚拟蜂窝网络小区通信中，所有户终端UE在通过网络虚拟化控制器分配的频谱资源上加载相同的功率向基站传输数据，其中任意第m个用户终端UE_m通过预设的专用控制信道从发射基站处获取反馈的信道功率增益g_m，此时网络虚拟化控制器分配给用户终端UE_m的频谱资源为c_m；第n个虚拟服务提供商服务的任意第k个用户终端UE_n,k从发射基站处反馈得到信道功率增益g_n,k，网络虚拟化控制器分配给UE_n,k的频谱资源为c_n,k；b.设置任意基站覆盖区域的虚拟蜂窝网络频谱资源的初始价格为α(t)＝αⁱⁿⁱ，定义迭代次数t，网络虚拟化控制器初始化迭代次数为t＝0，定义当前价格下网络运营商的网络收益为定义第n个虚拟服务提供商的网络收益为n＝1，...，N，其中表示网络虚拟化控制器分配给第n个虚拟服务提供商的子载波数目，α表示单位子载波/即频谱资源的价格；计算当前价格下网络运营商的频谱资源供给量和虚拟服务提供商的频谱资源需求量之间的差额，并利用本次差额数值对下一次迭代后的频谱资源价格进行更新，直至运营商的频谱资源供给量和虚拟服务提供商的频谱资源需求量之差为零，即表示资源分配达到最优点，或者迭代次数达到最大预设次数t^max；c.当拟蜂窝网络频谱资源价格迭代运算进行到第t次迭代时，此时虚拟蜂窝网络的频谱资源价格为α(t)，网络虚拟化控制器利用公式：计算分配给蜂窝网络运营商服务的任意第m个用户终端UE_m的最优频谱资源数目式中G_m为自定义常数，p表示用户终端的发射功率，w₀(w₀＝W/S)表示每个OFDMA子载波的频宽，n₀表示上行链路接收端(即基站)的噪声功率谱密度；网络虚拟化控制器利用公式：$c_{n,k}^{*}\left(t\right)=\underset{c_{n,k}}{\arg }((1-\alpha \left(t\right)G_{n,k}{c}_{n,k})\ln (1+\frac{G_{n,k}}{c_{n,k}})=1),n=1,...,N,k=1,...,K_n,$计算分配给第n个虚拟服务提供商服务的任意第k个用户终端UE_n,k的最优子载波(即频谱资源)数目式中：g_n,k表示任意第n个虚拟服务提供商服务的任意第k(1≤k≤K_n)个用户终端UE_n,k到其上行链路接收端，即基站的信道功率增益，c_n,k表示网络虚拟化控制器分配给用户终端UE_n,k的子载波数目/频谱资源；d.重复步骤c进行迭代计算，进行第t次迭代后：网络虚拟化控制器利用公式：计算蜂窝网络运营商对频谱资源的供给量Φ^S(t)，S表示可用频谱带宽被划分的OFDMA子载波数目；网络虚拟化控制器利用公式：计算所有虚拟服务提供商对频谱资源的需求量Φ^D(t)；网络虚拟化控制器利用公式：Δ(t)＝Φ^D(t)‑Φ^S(t)计算多余的频谱资源需求量；网络虚拟化控制器利用公式：α(t+1)＝α(t)+λΔ(t)更新在下一次迭代，即t+1次迭代中的频谱资源价格α(t+1)，式中参数λ为价格调整步长因子，且有λ>0。e.网络虚拟化控制器计算公式：|α(t+1)‑α(t)|＜ε或t≤t^max，判断公式是否成立，式中ε和t^max均为网络虚拟化控制器定义的参数，且ε＞0是任意小的正实数，t^max＞1表示最大迭代次数；当网络虚拟化控制器判断公式不成立则更新迭代次数为t＝t+1，并返回步骤c继续下一轮迭代；当网络虚拟化控制器判断公式成立，则迭代算法终止，得到每个用户终端的最优频谱资源分配结果，即分配给蜂窝网络运营商服务的每个用户终端UE的最优子载波数目为分配给任意第n个虚拟服务提供商服务的每个用户终端UE的最优子载波数目为n＝1,...,N，通过求和得到对蜂窝网络运营商的最优频谱资源分配结果为其中对第n个虚拟服务提供商的最优频谱资源分配结果为n＝1,...,N；f.网络虚拟化控制器根据最优频谱资源分配结果即：网络虚拟化控制器按照向蜂窝网络运营商MNO的M个用户终端UE分配其传输子载波数，按照n＝1,...,N向第n个虚拟服务提供商VSP的每个用户终端UE分配其传输子载波数，每个用户分配子载波数的加和通过$A_{\mathrm{CNO}}=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}{c}_m^{*}\left(t\right)$和$A_{\mathrm{VSP}}^n=\underset{k=1}{\overset{K_n}{\Sigma }}{c}_{n,k}^{*}\left(t\right),$n＝1,...,N表示，其中$A_{\mathrm{CNO}}=\underset{m=1}{\overset{m}{\Sigma }}{c}_m^{*}\left(t\right)$表示的分配给MNO全部M个用户终端UE的子载波数目总和，n＝1,...,N表示分配给第n个虚拟服务提供商VSP的K_n个用户终端UE的子载波数目的总和；结束频谱资源分配的流程。