申请/专利权人：南京邮电大学

申请日：2018-02-02

公开（公告）日：2021-06-29

公开（公告）号：CN108200585B

主分类号：H04W16/22(20090101)

分类号：H04W16/22(20090101);H04W16/10(20090101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.06.29#授权;2018.07.17#实质审查的生效;2018.06.22#公开

摘要：本发明公开了一种5G两层异构场景下的无线回程优化方法。该方法具体为：首先，针对该网络场景，构造系统模型，分析各个节点的干扰，从而得到各个节点的信噪比；然后，计算平均时延，以包为粒度对该网络系统中的时延问题进行了系统的分析；再次，提出一种无线回程优化算法，该算法是以最小化平均时延为目标的优化模型，并且，考虑到不同的用户需求，我们相应的提出了改进模型。最后，针对所提出的优化模型提出了一种基于分支定界理论的分层求解算法。本发明的方法在考虑混合回程场景的基础上，考虑了信道动态性，精确建立了时延优化指标，并且，采用分层算法快速求解，以达到优化的目的，进而提升用户的总体体验。

主权项：1.一种5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，分析所设定的系统模型；步骤2，分析各节点的干扰，构造信噪比计算公式；步骤3，在定义重发的时间间隔的基础上，提出基于数据重发的平均时延计算模型；步骤4，以包为粒度，对系统中的时延问题进行系统的分析；步骤5，建立基本优化模型；步骤6，考虑用户不同的业务需求，提出改进模型；步骤7，根据所提出的基于分支定界理论的分层求解算法，对数学模型进行求解；步骤1中所设定的系统模型具体为：上层有一个回程聚合节点BAN，下层有多个小基站SCBS被该BAN所覆盖，而每个SCBS中均覆盖有通信需求的用户；设定BAN同时具有聚合器与基站的功能，SCBS与BAN构成两层异构网络；混合回程场景包括：第一种回程方式，用户可以通过一跳无线链路的方式连接到BAN，由BAN通过有线方式进行回程；第二种回程方式，用户可以接入所属SCBS，进而由所属SCBS接入BAN，通过两跳无线链路的方式接入核心网；定义SCBS的集合SC＝{SC1,SC2,...,SCl,...,SCL},定义小区SCl所覆盖的用户集合为其中UEln表示小区SCl的第n个用户，Nl为小区SCl内的用户数，设定所有SCBS实现对全网的无缝覆盖，且互不相交，即故用户集合为UE＝{UE1,UE2,...,UEl,...,UEL}，则用户数定义接入选择向量为其中，aln＝1n≤Nl表示小区SCl中的用户n接入BAN，由BAN进行回程；aln＝0n≤Nl则表示小区SCl中的用户n接入SCl，由SCl进行回程；定义SCBS的信道分配矩阵为 其中，bln,m＝1表示将带宽BWm分配给用户UEln，bln,m＝0则表示未分配，这里，表示SCBS的可用信道向量；定义BAN信道数量分配向量为其中，cln表示分配给UEln的BAN信道数量，且若aln＝1，则cln表示分配给UEln→BAN链路的信道数量，用于传输UEln数据包；若aln＝0，则cln表示UEln→SCl→BAN路径中分配给SCl→BAN链路的信道数量，用于传输UEln数据包；BAN通过光纤与核心网进行连接；BAN使用毫米波与SCBS或用户进行通信；而SCBS使用6GHz以下频段与用户进行通信；步骤2中构造信噪比计算公式，具体为：在混合回程场景下，面向UEln的无线链路共计三类：UEln接入BAN的链路UEln接入SCl的链路和SCl相应接入BAN的链路三类链路的发送速率均为H；发送功率分别为PUE、PUE、PSC，设定所有用户的发射功率相等，所有小区基站的发射功率相等；距离分别为设定所有链路信道均服从小尺度Rayleigh衰落，则接收功率服从指数分布，即平均接收功率分别为： 这里α为自由空间衰落指数，一般α＝2～4； 的信噪比可分别表示为： 这里表示BAN的噪声功率谱密度，△BAN表示BAN的单个信道带宽，cln△BAN表示分配给UEln的总带宽；对于接入SCl的链路由于小区内不重复分配同一信道，故SCl小区内无相互干扰，但是，在小区间存在相互干扰，故 这里表示SCl的噪声功率谱密度；△SC表示SCBS的单个信道带宽；表示SCl分配到UEln的信道上接收到的UEl′n′功率；表示同频干扰的总功率；这里，接收功率服从指数分布， 其中，表示UEl′n′到SCl的距离；步骤3中所提出的基于数据重发的平均时延计算模型，具体为：设链路链路链路的误比特率分别为假设所有包的大小均为PLPL≥3，因丢包率与信道的相关纠错编码有关，设定连续三个比特错误，则认为丢包，那么 i表示第i类链路；由丢包率推导链路的平均传输时延： 其中，RT为最大重传次数，T表示一次传输时延；令表示一次传输时延；步骤4中以包为粒度，对系统中的时延问题进行了系统的分析，具体为：由链路扩展到路径，对于UEln直接由BAN回程路径的时延分析，由一跳无线链路直接接入有线核心网，故该路径下的无线接入侧的初始时延、业务到达时延均为对于UEln经SCl接入BAN的回程路径，记当时：Packet1，Packet2，Packet3，……，Packetk到达BAN的时间依次为τ2+τ3，2τ2+τ3，3τ2+τ3，……，kτ2+τ3；到达SCl的时间依次为τ2，2τ2，3τ2，……，kτ2；由于τ2≥τ3，故，在SCl处无排队拥塞；各包到达无线接入端BAN的业务到达时延为τ2＝max{τ2,τ3}，初始时延为τ2+τ3；当时：Packet1，Packet2，Packet3，……，Packetk到达BAN的时间依次为τ2+τ3，τ2+2τ3，τ2+3τ3，……，τ2+kτ3；到达SCl的时间依次为τ2，2τ2，3τ2，……，kτ2；由于τ2τ3，故在SCl的排队时延依次为0，τ3-τ2，2τ3-τ2，……，k-1τ3-τ2；这里，设定队列可为无限长；各包到达无线接入端BAN的业务到达时延间隔为τ3＝max{τ2,τ3}，初始时延为τ2+τ3；步骤5中建立基本优化模型，具体为：在时延分析的基础上，优化目标可表示为： 上式中，r为初始时延补偿因子，r≥1以体现UE→SC→BAN路径中的初始时延的作用；当max{τ2,τ3}＝τ1时，表明不同路径的到达时延相同；可建立基本优化模型： s.t.， 其中，约束表示UEln可直接接入BAN回程，则SCBS不予分配信道；或者接入SCBS，由SCBS进行回程，则SCBS分配其1个带宽；约束表示同一小区的同一信道最多分配给某一用户；约束cln≥1表示不论用户接入到BAN回程，还是接入到SCBS回程，均需为其分配一定数量的BAN带宽；约束aln∈{0,1}、bln∈{0,1}分别将aln与bln,m限制为二进制数；步骤6中考虑用户不同的业务需求，提出改进模型，具体为：根据接入业务类型引入时延权重，优化目标重新表示为： 其中，wln为权重，实时要求高的业务的权重越大，向量A是布尔向量，矩阵B布尔矩阵，矩阵C是整数矩阵；故改进模型为： s.t.，

全文数据：5G两层异构场景下的无线回程优化方法技术领域：[0001]本发明属于无线通讯技术领域，特别涉及一种5G两层异构场景下的无线回程优化方法。背景技术：[0002]随着无线通信技术的迅猛发展，以及用户需求的日益多样化，支持高速率、低时延、海量设备连接的第五代移动通信5G技术应运而生。5G网络可看作是由分层的网络构成，其传输可分为接入和回程两个阶段。其中，回程网络主要承担核心网和接入网之间的通信任务，是基站控制器和基站之间的信息传输网络。5G网络的典型场景之一是超密集场景，对于具有无线回程的超密集网络中，小基站的密集部署使得为小基站提供费用低、高质量的回程连接成为一种挑战，回程成为传输的瓶颈，用户的体验取决于接入和回程的端到端的性能。[0003]目前，对5G环境下的无线回程研究主要集中在部署成本、传输速率、无线传输技术以及回程结点部署等方面。3GPP工作组在研究中发现，时延是实现小区吞吐量以及干扰抑制方案中一个特别敏感的问题。并且，有相关研究表明，如果不考虑时延的不加限制的增加小基站，对整个网络并不是有利的。本文立足于此，对5G二层异构网络场景下的无线回程优化问题展开研究。[0004]公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。发明内容：[0005]本发明的目的在于提供一种5G两层异构场景下的无线回程优化方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种5G两层异构场景下的无线回程优化方法，包括以下具体步骤：[0007]步骤1，分析所设定的系统模型；[0008]步骤2，分析各节点的干扰，构造信噪比计算公式；[0009]步骤3,在定义重发的时间间隔的基础上，提出基于数据重发的平均时延计算模型；[0010]步骤4,以包为粒度，对系统中的时延问题进行了系统的分析；[0011]步骤5,建立基本优化模型；[0012]步骤6,考虑用户不同的业务需求，提出改进模型；[0013]步骤7,根据所提出的基于分支定界理论的分层求解算法，对数学模型进行求解。[0014]本方面进一步限定的技术方案为：[0015]优选地，上述技术方案中，步骤1中所设定的系统模型具体为：[0016]上层有一个回程聚合节点BAN，下层有许多小基站SCBS被该MN所覆盖，而每个SCBS中均覆盖有通信需求的用户;设定BAN同时具有聚合器与基站的功能，有一定的接入能力，且能覆盖一定的区域，在此场景下，SCBS与BAN构成两层异构网络；[0017]混合回程场景包括:第一种回程方式，用户可以通过一跳无线链路的方式连接到BAN，由MN通过有线方式进行回程;第二种回程方式，用户可以接入所属SCBS，进而由所属SCBS接入BAN，通过两跳无线链路的方式接入核心网；[0018]定义SCBS的集合SC={S，SC2,...，SCi，...，SCl}，定义小区SCi所覆盖的用户集合为I，其中UElr^示小区SC1的第η个用户，N1为小区SC1内的用户数，设定所有SCBS实现对全网的无缝覆盖，且互不相交，S卩；:故用户集合为UE=IUE^UE2,...，UEi，...，UEd，则用户数定义接入选择向量为，其中，ain=l____ι表示小区SCi中的用户η接入BAN，由BAN进行回程;ain=0则表示小区SCi中的用户η接入SCi，由SCi进行回程。定义SCBS的信道分配矩阵为[0019][0020]其中，bln,m=l表示将带宽BWm分配给用户UEln，而bln,m=0则表示未分配，这里，表示SCBS的可用信道向量；[0021]定义BAN信道数量分配向量为'其中，Cin表示分配给UEin的BAN信道数量，且[0022]不论用户接入BAN回程，还是接入SCBS回程，均需为其分配一定数量的BAN带宽；[0023]若ain=I，则cin表示分配给UEin^BAN链路的信道数量，用于传输UEiJi据包;若ain=0,则Cin表示UEidSCi^BAN路径中分配给SCi^BAN链路的信道数量，用于传输UEirJWg包；[0024]这里需要进一步说明的是，BAN通过专用的、高速率的光纤与核心网进行连接;BAN使用毫米波与SCBS或用户进行通信，从而可以为该网络提供丰富的可用频谱，同时降低网络建设成本;而SCBS使用6GHz以下频段与用户进行通信。[0025]优选地，上述技术方案中，步骤2中构造信噪比计算公式，具体为：[0026]在混合回程场景下，面向UEin的无线链路共计三类:UEin接入BAN的链路、UEir^入SC1的链路和SCjg应接入BAN的链路[0027]三类链路的发送速率均为H;发送功率分别为?11£、？服、？％，设定所有用户的发射功率相等，所有小区基站的发射功率相等;距离分别为_...。设定所有链路信道均服从小尺度Rayleigh衰落，则接收功率u服从指数分布，BP[0028]这里，平均接收功率分别为：[0032]这里α为自由空间衰落指数，一般α=2〜4;[0033]分析三类链路的信噪比（SINR，对于连接BAN的链路由于BAN内不重复分配同一信道，故BAN内无干扰；同时，由于BAN采用毫米波接入，BAN之间距离较远，可认为BAN间无相互干扰，因此.....的信噪比可分别表示为：[0034][0035]这里表示MN的噪声功率谱密度，Λβμ表示BAN的单个信道带宽，cinZXBAN表示分配给UEin的总带宽；[0036][0037]对于接入SC1的链路，由于小区内不重复分配同一信道，故SC^、区内无相互干扰，但是，在小区间存在相互干扰，故[0038][0039]这里表示SCi的噪声功率谱密度；Asc表示SCBS的单个信道带宽；i表示SCi分配到UEin的信道上接收到的UEiv功率；1表示同频干扰的总功率；这里，接收功率服从指数分布，[0040][0041]其中表示UEiv到SCi的距离。[0042]优选地，上述技术方案中，步骤3中所提出的基于数据重发的平均时延计算模型，具体为：[0043]设链路.、链路.、链路的误比特率分别为，假设所有包的大小均为PL，因丢包率与信道的相关纠错编码有关，本文假定连续三个比特错误，则认为丢包，那么[0044],、〜[0045]由丢包率推导链腾^的平均传输时延：[0046][0047]其中，RT为最大重传次数，T表不一次传输时延;在实际的传输过程中，传输过程是这样的：发送端发送一个数据包后，会进入等待状态;如果数据包被接收端接收，则接收端会向发送端发送一个确认信息，同时也会发送一个同样的包给发送端;在发送端确认之后，会向接收端发送一个确认信息，则此包发送完毕。所以我们令·表示一次传输时延。[0048]优选地，上述技术方案中，步骤4中以包为粒度，对系统中的时延问题进行了系统的分析，具体为：[0049]由链路扩展到路径，对于UEln直接由MN回程路径的时延分析，由一跳无线链路直接接入有线核心网，故该路径下的无线接入侧的初始时延、业务到达时延均为：对于UEln经SC1接入BAN的回程路径，为了方便分析，记，其分析过程如下所示：[0050]当时：Packetl，Packet2，Packet3,......，Packetk到达BAN的时间依次为τ2+τ3，2τ2+τ3，3τ2+τ3，......，1α2+τ3;至Ij达SCi的时间依次为τ2，2τ2，3τ2，......，Ia2;由于，故，在SC1处无排队拥塞。因此，从期望平均角度分析，各包到达无线接入端BAN的业务到达时延为τ2=·{τ2，τ3}，初始时延为τ2+τ3;[0051]当！时：Packetl，Packet2，Packet3,......，Packetk到达BAN的时间依次为τ2+τ3，τ2+2τ3，τ2+3τ3，......，τ2+1α3;到达SCi的时间依次为τ2，2τ2，3τ2，......，Ia2;由于τ2〈τ3，故在SCi的排队时延依次为0，τ3-τ2,2τ3-τ2，......，（k_lτ3-τ2;这里，设定队列可为无限长；因此，从期望平均角度分析，各包到达无线接入端MN的业务到达时延间隔为T3=Hiax{τ2，τ3}，初始时延为τ2+τ3。[0052]优选地，上述技术方案中，步骤5中建立基本优化模型，具体为：[0053]在时延分析的基础上，优化目标可表示为：[0054][0055]这里需要特别说明的是，r为初始时延补偿因子，以体现UE—SC—BAN路径中的初始时延的作用;特别的，当max{τ2，τ3}=T1时，表明不同路径的到达时延相同，但初始时延越小更好，故乘以r以选择最优路径；[0056]进而，我们可建立基本优化模型：[0057][0058]s.t.，[0065]其中，约束[表示UEln可直接接入BAN回程，则SCBS不予分配信道;或者接入SCBS，由SCBS进行回程，则SCBS分配其1个带宽。约束表示同一小区的同一信道最多分配给某一用户，以避免小区内干扰;约束表示不论用户接入到BAN回程，还是接入到SCBS回程，均需为其分配一定数量的BAN带宽;约束aine{0，1}、bine{0，1}分别将ain与bin,』艮制为二进制数。[0066]优选地，上述技术方案中，步骤6中考虑用户不同的业务需求，提出改进模型，具体为：[0067]由于各用户对接入业务时延并无绝对硬性要求，故本优化模型系统是对各用户业务到达时延的软保障;而总体目标的优化导致单个用户时延的不均衡优化，所以，我们考虑根据接入业务类型引入时延权重，优化目标重新表示为：[0069]其中，win为权重，实时要求高的业务的权重越大；[0070]故改进模型为：[0072]s.t.，[0079]优选地，上述技术方案中，步骤7中提出的基于分支定界理论的分层求解算法，对数学模型进行求解，具体为：[0080]本文所构造的优化模型实际上就是整数规划。为了对本文所提出的优化模型快速进行求解，结合优化问题解的特点，使用YALMIP工具箱、分层思想、约束转化的思想、分支定界的思想，对优化问题进行求解。在改进模型中，向量A是布尔向量，矩阵B布尔矩阵，矩阵C是整数矩阵，根据解的特点，我们分三层进行求解。[0081]第一层，求解矩阵A。我们将向量A初始化为一个全0的向量，将矩阵B初始化为一个特殊的对角矩阵。然后，将矩阵B根据约束1处理为一个可行解。此时向量A与矩阵B都是可行解。接下来，我们对C向量的每个分量进行松弛，做循环的迭代。需要说明的是，每次迭代对应的线性规划问题只有两个约束，并且对目标函数利用泰勒公式近似之后，对应的线性规划问题可以利用MATLAB进行求解。每次迭代都会得到当前问题的一个最优解。如算法1所示。[0084]第二层，求解矩阵B。在第一层求解的基础上，我们进一步对连接到SCBS的移动用户的信道分配进行优化。根据约束，对移动用户所在小区中的可用信道进行遍历，对B矩阵中对应的每个二进制分量处进行分支，进行迭代循环。如算法2所述。[0085][0086]第三层，求解矩阵C。在求解向量A和矩阵B之后，优化问题变为一个纯整数规划问题。我们使用YALMIP工具箱对向量C进行求解。[0087]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：[0088]本发明提出5G两层异构场景下的无线回程优化方法，该方法从系统模型出发，分析各个结点的干扰，构造信噪比计算公式，计算平均时延，并以包为粒度对该网络系统中的时延问题进行了系统的分析;进而，以最小化时延为目标建立优化模型，并且，考虑到不同的用户需求，我们相应的提出了改进模型;最后，针对所提出的优化模型提出了一种基于分支定界理论的分层求解算法。本发明的技术方案，一方面，在混合回程场景的基础上，考虑了信道动态性，精确建立了时延优化指标;另一方面，考虑用户不同的业务需求，提出改进模型，并且采用分层算法快速求解。附图说明：[0089]图1为本发明的系统架构示意图；[0090]图2为本发明回程优化方法的流程示意图；具体实施方式：[0091]下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。[0092]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。[0093]步骤1，分析所研究的系统模型，具体为：[0094]本文研究这样一个两层异构网络场景，其中，上层有一个回程聚合节点BackhaulAggregatorNode，BAN，下层有许多小基站（SmallCellBaseStation,SCBS被该BAN所覆盖，而每个SCBS中均覆盖有通信需求的用户。我们假设MN同时具有聚合器与基站的功能，有一定的接入能力，且能覆盖一定的区域。在此场景下，SCBS与BAN构成两层异构网络。本文考虑混合回程场景:第一种回程方式，用户可以通过一跳无线链路的方式连接到BAN，由BAN通过有线方式进行回程;第二种回程方式，用户可以接入所属SCBS，进而由所属SCBS接入BAN，通过两跳无线链路的方式接入核心网。这里需要进一步说明的是，BAN通过专用的、高速率的光纤与核心网进行连接;BAN使用毫米波与SCBS或用户进行通信，从而可以为该网络提供丰富的可用频谱，同时降低网络建设成本;而SCBS使用6GHz以下频段与用户进行通信。[0095]在本文中，我们只考虑网络的上行传输。定义SCBS的集合为SC=SC^SC2,...，SCi,…，SCl}，定义小区SCi所覆盖的用户集合为UEi=IUEihUEi2,…，UEin，…，UEini}，其中UElr^示小区SC1的第η个用户,N1为小区SC1内的用户数。这里假定所有SCBS实现对全网的无缝覆盖，且互不相交，即故用户集合为UE=IUE1WE2,...,UE1,...，〇UEd，则用户数定义接入选择向量为*，其中，ain=l表示小区SCi中的用户η接入BAN，由BAN进行回程;ain=0则表示小区SCi中的用户η接入SCi，由SCi进行回程。定义SCBS的信道分配矩阵为[0096][0097]其中，bln,m=1表示将带宽BWm分配给用户UEln，而bln,m=0则表示未分配。这里，+表示SCBS的可用信道向量。定义BAN信道数量分配向量为其中，Cln表示分配给UE1J^BAN信道数量，且^需要注意的是，不论用户接入BAN回程，还是接入SCBS回程，均需为其分配一定数量的BAN带宽。若ain=1，则Cin表示分配给UEin^BAN链路的信道数量，用于传输UEirJ^据包;若ain=0，则Cin表示UEidSCi—BAN路径中分配给SCi—BAN链路的信道数量，用于传输UElrJ^据包。[0098]步骤2，分析各节点的干扰，构造信噪比计算公式，具体为：[0099]在本文场景下，面向UEin的无线链路共计三类:UEin接入BAN的链路UEin接入SCi、.的链路和SCJg应接入BAN的链路^三类链路的发送速率均为H;发送功率分别为PUE、Pue、PSC，这里需要说明的是，为了便于表述，假定所有用户的发射功率相等，所有小区基站的发射功率相等;距离分别为’假定所有链路信道均服从小尺度Rayleigh衰落，则接收功率„服从指数分布，BP:[0100；[0101]这里，平均接收功率分别为：[0105]这里α为自由空间衰落指数，一般α=2〜4。[0106]接下来，进一步分析三类链路的信噪比（SINR。对于连接MN的链路，由于BAN内不重复分配同一信道，故BAN内无干扰；同时，由于MN采用毫米波接入，BAN之间距离较远，可认为MN间无相互干扰近似于on-off模型）。因此：j的信噪比可分别表示为：[0107][0108]这里表示BAN的噪声功率谱密度。Aban表示BAN的单个信道带宽。cinZXBAN表示分配给UEin的总带宽。[0109][0110]对于接入SC1的链路由于小区内不重复分配同一信道，故SCd、区内无相互干，.扰，但是，在小区间存在相互干扰，故：[0111][0112]这里」表示SC1的噪声功率谱密度。Asc表示SCBS的单个信道带宽^表示SC1分配到UEln的信道上接收到的UE1V功率。表示同频干扰的总功率。这里，接收功率丨服从指数分布，[0113；[0114]其中表示UEiv到SCi的距离。，.[0115]步骤3,在定义重发的时间间隔的基础上，提出基于数据重发的平均时延计算模型，具体为：[0116]设链路％链路、链路的误比特率分别为。假设所有包的大小均为PL_____。因丢包率与信道的相关纠错编码有关，本文假定连续三个比特错误，则认为丢包，那么[0117][0118]由丢包率推导链蹿的平均传输时延：[0119][0120]其中，RT为最大重传次数，T表不一次传输时延。在实际的传输过程中，传输过程是这样的：发送端发送一个数据包后，会进入等待状态;如果数据包被接收端接收，则接收端会向发送端发送一个确认信息，同时也会发送一个同样的包给发送端;在发送端确认之后，会向接收端发送一个确认信息，则此包发送完毕。所以我们令·表示一次传输时延。[0121]步骤4,以包为粒度，对系统中的时延问题进行了系统的分析，具体为：[0122]由链路扩展到路径，对于UE—BAN路径（S卩UEln直接由MN回程的路径）的时延分析相对简单，由一跳无线链路直接接入有线核心网，而有线核心网的时延非常小，并且与本文研究的无线回程问题无关，可忽略不记，故该路径下的无线接入侧的初始时延、业务到达时延均为对于UE—SC—BAN路径（S卩UElnSSC1接入BAN的回程路径），为了方便分析，记〇'其分析过程如下所示：.，，[0123]当.....,时，[0124]Ϊ.[0125]由图可知:PacketI，Packet2，Packet3，......，Packetk到达BAN的时间依次为τ2+τ3，2τ2+τ3,3τ2+τ3,......，1^2+1：3。至1」达3的时间依次为1：2,21：2,31：2,......Λτ2。由于τ2^：τ3,故，在SC1处无排队拥塞。因此，从期望平均角度分析，各包到达BAN无线接入端）的业务到达时延包与包之间的时间间隔）为T2=max{τ2，τ3}，初始时延为τ2+τ3。[0126]当时，[0127]J[0128]由图可知:卩〇1^1:1，？〇1^七2，？〇1^七3,......，Packetk到达BAN的时间依次为τ2+τ3，τ2+2τ3,τ2+3τ3,......，τ2+1α3。到达SCi的时间依次为τ2，2τ2，3τ2，......Λτ2。由于τ2l表示不论用户接入到BAN回程，还是接入到SCBS回程，均需为其分配一定数量的BAN带宽。约束aine{〇，1}、bine{〇，1}分别将ain与bin,』艮制为二进制数。[0M3]步骤6,考虑用户不同的业务需求，提出改进模型，具体为：[0144]由于本文中各用户接入业务对时延并无绝对硬性要求，故本优化模型系统是对各用户业务到达时延的软保障。而总体目标的优化导致个体目标单个用户时延的不均衡优化，所以，我们考虑根据接入业务类型引入时延权重，优化目标重新表示为：[0146]其中，Win为权重，实时要求高的业务的权重越大。[0147]故改进模型为：[0149]s.t·，[0156]步骤7,根据所提出的基于分支定界理论的分层求解算法，对数学模型进行求解，具体为：[0157]本文所构造的优化模型实际上就是整数规划。为了对本文所提出的优化模型快速进行求解，结合优化问题解的特点，使用YALMIP工具箱、分层思想、约束转化的思想、分支定界的思想，对优化问题进行求解。在改进模型中，向量A是布尔向量，矩阵B布尔矩阵，矩阵C是整数矩阵，根据解的特点，我们分三层进行求解。[0158]第一层，求解矩阵A。我们将向量A初始化为一个全0的向量，将矩阵B初始化为一个特殊的对角矩阵。然后，将矩阵B根据约束他理为一个可行解。此时向量A与矩阵B都是可行解。接下来，我们对C向量的每个分量进行松弛，做循环的迭代。需要说明的是，每次迭代对应的线性规划问题只有两个约束，并且对目标函数利用泰勒公式近似之后，对应的线性规划问题可以利用MATLAB进行求解。每次迭代都会得到当前问题的一个最优解。如算法1所示。[0161]第二层，求解矩阵B。在第一层求解的基础上，我们进一步对连接到SCBS的移动用户的信道分配进行优化。根据约束对移动用户所在小区中的可用信道进行遍历，，对B矩阵中对应的每个二进制分量处进行分支，进行迭代循环。如算法2所述。[0162][0164]第三层，求解矩阵C。在求解向量A和矩阵B之后，优化问题变为一个纯整数规划问题。我们使用YALMIP工具箱对向量C进行求解。[0165]前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

权利要求：1.5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤1，分析所设定的系统模型；步骤2，分析各节点的干扰，构造信噪比计算公式；步骤3,在定义重发的时间间隔的基础上，提出基于数据重发的平均时延计算模型；步骤4,以包为粒度，对系统中的时延问题进行了系统的分析；步骤5,建立基本优化模型；步骤6,考虑用户不同的业务需求，提出改进模型；步骤7,根据所提出的基于分支定界理论的分层求解算法，对数学模型进行求解。2.根据权利要求1所述的5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，步骤1中所设定的系统模型具体为：上层有一个回程聚合节点BAN，下层有许多小基站SCBS被该MN所覆盖，而每个SCBS中均覆盖有通信需求的用户；设定MN同时具有聚合器与基站的功能，有一定的接入能力，且能覆盖一定的区域，在此场景下，SCBS与BAN构成两层异构网络；混合回程场景包括：第一种回程方式，用户可以通过一跳无线链路的方式连接到BAN，由BAN通过有线方式进行回程;第二种回程方式，用户可以接入所属SCBS，进而由所属SCBS接入BAN，通过两跳无线链路的方式接入核心网；定义SCBS的集名定义小区SCi所覆盖的用户集合为其中1^11表示小区SC1的第η个用户，N1为小区SC1内的用户数，设定所有SCBS实现对全网的无缝覆盖，且互不相交，即故用户集合为则用户数定义接入选择向量为，其中，ain=lηΝι表示小区SCi中的用户η接入BAN，由BAN进行回程;ain=0ηΝι则表示小区SC1*的用户η接入SC1，由5进行回程。定义SCBS的信道分配矩阵为其中，bln,m=l表示将带宽BWm分配给用户UEin，而bln,m=0则表示未分配，这里，BW=表示SCBS的可用信道向量；定义BAN信道数量分配向量为其中，Cln表不分配给UEiJ^JBAN信道数量，且不论用户接入BAN回程，还是接入SCBS回程，均需为其分配一定数量的BAN带宽；若ain=1，则Cln表示分配给UEln—BAN链路的信道数量，用于传输UEln数据包;若ain=0，则Cln表示路径中分配给SC1^BAN链路的信道数量，用于传输UE1Ji据包；这里需要进一步说明的是，BAN通过专用的、高速率的光纤与核心网进行连接;BAN使用毫米波与SCBS或用户进行通信，从而可以为该网络提供丰富的可用频谱，同时降低网络建设成本;而SCBS使用6GHz以下频段与用户进行通信。3.根据权利要求1所述的5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，步骤2中构造信噪比计算公式，具体为：在混合回程场景下，面向UEin的无线链路共计三类:UEin接入BAN的链路接入SCi的链路和SCjg应接入BAN的链路：三类链路的发送速率均为H;发送功率分别为设定所有用户的发射功率相等，所有小区基站的发射功率相等;距离分别为设定所有链路信道均服从小尺度Rayleigh衰落，则接收功率服从指数分布，BP.这里，平均接收功率分别为：这里α为自由空间衰落指数，一般α=2〜4;分析三类链路的信噪比（SINR，对于连接BAN的链路由于MN内不重复分配同一信道，故BAN内无干扰；同时，由于BAN采用毫米波接入，BAN之间距离较远，可认为BAN间无相互干扰，因此：的信噪比可分别表示为：这里表示BAN的噪声功率谱密度，Aban表示BAN的单个信道带宽，ClnZXBAN表示分配给UEin的总带宽；对于接入SC1的链路由于小区内不重复分配同一信道，故SC1小区内无相互干扰，但是，在小区间存在相互干扰，故这里表示SCi的噪声功率谱密度;Asc表示SCBS的单个信道带宽表示SCi分配到UEln的信道上接收到的UErn'功率表示同频干扰的总功率；这里，接收功率服从指数分布，其中，表示UEiv到SCi的距离。4.根据权利要求1所述的5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，步骤3中所提出的基于数据重发的平均时延计算模型，具体为：设链跨、链路.链路的误比特率分别为假设所有包的大小均为PLPL多3，因丢包率与信道的相关纠错编码有关，本文假定连续三个比特错误，则认为丢包，那么由丢包率推导链辟的平均传输时延：其中，RT为最大重传次数，T表不一次传输时延;在实际的传输过程中，传输过程是这样的：发送端发送一个数据包后，会进入等待状态;如果数据包被接收端接收，则接收端会向发送端发送一个确认信息，同时也会发送一个同样的包给发送端;在发送端确认之后，会向接收端发送一个确认信息，则此包发送完毕。所以我们令表示一次传输时延。5.根据权利要求1所述的5G两层异构场景下的无线回程优化方法其特征在于，步骤4中以包为粒度，对系统中的时延问题进行了系统的分析，具体为：由链路扩展到路径，对于UEln直接由BAN回程路径的时延分析，由一跳无线链路直接接入有线核心网，故该路径下的无线接入侧的初始时延、业务到达时延均为对于UElnSSC1接入BAN的回程路径，为了方便分析，记其分析过程如下所示：当时:Packetl，Packet2，Packet3,......，Packetk到达BAN的时间依次为到达SCi的时间依次为；由亍，故，在SC1*无排队拥塞；因此，从期望平均角度分析，各包到达无线接入端BAN的业务到达时延为，初始时延为当·......，Packetk到达BAN的时间依次为到达SCi的时间依次为由于τ2τ3,故在SCi的排队时延依次为：这里，设定队列可为无限长；因此，从期望平均角度分析，各包到达无线接入端BAN的业务到达时延间隔为T3=Hiax{τ2，τ3}，初始时延为τ2+τ3。6.根据权利要求1所述的5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，步骤5中建立基本优化模型，具体为：在时延分析的基础上，优化目标可表示为：这里需要特别说明的是，r为初始时延补偿因子，r多1以体现UE—SC—BAN路径中的初始时延的作用;特别的，当时，表明不同路径的到达时延相同，但初始时延越小更好，故乘以r以选择最优路径；进而，我们可建立基本优化模型：其中，约束表示UEln可直接接入BAN回程，则SCBS不予分配信道;或者接入SCBS，由SCBS进行回程，则SCBS分配其1个带宽。约束表示同一小区的同一信道最多分配给某一用户，以避免小区内干扰;约束表示不论用户接入到BAN回程，还是接入到SCBS回程，均需为其分配一定数量的MN带宽；约束分别将31„与bln,m限制为二进制数。7.根据权利要求1所述的5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，步骤6中考虑用户不同的业务需求，提出改进模型，具体为：由于各用户对接入业务时延并无绝对硬性要求，故本优化模型系统是对各用户业务到达时延的软保障;而总体目标的优化导致单个用户时延的不均衡优化，所以，我们考虑根据接入业务类型引入时延权重，优化目标重新表示为：其中，Win为权重，实时要求高的业务的权重越大；故改进模型为：8.根据权利要求1所述的5G两层异构场景下的无线回程优化方法，其特征在于，步骤7中提出的基于分支定界理论的分层求解算法，对数学模型进行求解，具体为：在改进模型中，向量A是布尔向量，矩阵B布尔矩阵，矩阵C是整数矩阵，根据解的特点，我们分三层进行求解：第一层，求解矩阵A，我们将向量A初始化为一个全O的向量，将矩阵B初始化为一个特殊的对角矩阵;然后，将矩阵B根据约束处理为一个可行解;此时向量A与矩阵B都是可行解;接下来，我们对C向量的每个分量进行松弛，做循环的迭代；需要说明的是，每次迭代对应的线性规划问题只有两个约束，并且对目标函数利用泰勒公式近似之后，对应的线性规划问题可以利用MATLAB进行求解;每次迭代都会得到当前问题的一个最优解；第二层，求解矩阵B，在第一层求解的基础上，我们进一步对连接到SCBS的移动用户的信道分配进行优化;根据约束对移动用户所在小区中的可用信道进行遍历，对B矩阵中对应的每个二进制分量处进行分支，进行迭代循环；第三层，求解矩阵C，在求解向量A和矩阵B之后，优化问题变为一个纯整数规划问题，我们使用YALMIP工具箱对向量C进行求解。

百度查询： 南京邮电大学 5G两层异构场景下的无线回程优化方法

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