CN111294817B - 一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置 - Google Patents

一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置，针对雾无线接入网，通过对接入模式选择和预编码的联合优化，获取系统中对于每个用户的最优接入模式和预编码方案，从而在满足用户一定QoS要求的前提下，使得系统平均传输时延达到最低，在寻找目标函数最优解的过程中，综合运用拉格朗日算法、基于迭代算法的次梯度方法等，将非凸问题转变为一个等价的凸优化问题，使得问题可解，进而才能应用于实际系统中。

Description

一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及无线通信领域的预编码技术领域，更具体地，涉及一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置。
背景技术
云无线接入网(Cloud Radio Access Network，C-RAN)技术已经被广泛应用在如今的网络中，数据处理集中在BBU(Building Baseband Unit，基带处理单元)池。C-RAN在网络中密集布放RRH(Remote Radio Head，射频拉远头)，RRH靠近用户并通过前传(Fronthaul)链路连接到BBU池，可为用户提供高数据传输速率。近年来，随着大量智能终端设备的出现，视频点播、直播等高数据速率的需求急剧增长。数据业务量的爆发给C-RAN的前传链路带来了严重负担，因为用户所需的每个文件都要经过前传链路传输，因此过前传链路负担加重会导致传输时延增长、用户(User Experience，UE)感知下降，该问题在高峰时段尤为明显。
为了缓解前传链路负担、降低传输时延，雾无线接入网(Fog Computing BasedRadio Access Network，F-RAN)被认为是在未来网络中提供高容量和低时延的一项重要技术。在F-RAN中，将具有本地信号处理、无线资源管理和缓存能力的雾接入点(Fog AccessPoint，F-AP)布放到网络中。和C-RAN相比，我们可以充分利用F-RAN中F-AP的存储能力，来分流庞大的前传链路流量。F-RAN中，内容资源被存储在F-AP中，UE可以链接到F-AP，并从中获取资源，而不用通过前传链路从云端获取。因此，大量的数据流量在本地就解决了，缓和了前传链路的沉重负担，传输时延可以显著降低。
在F-RAN中，存在两种接入模式：
(1)全局C-RAN模式——UE接入到RRH上，接收到的无线信号会被转发到BBU池中，用户所需的内容可以从云缓冲区中获取；
(2)本地分布式协作模式——UE接入到本地F-AP中来获取内容，所有的无线信号协作处理和无线资源分配功能都在本地执行。
由于F-AP这种边缘缓存设备的布放，用户更倾向于选择本地分布式协作模式，用以获得低传输时延。这样，用户可以从本地F-AP中获得所需内容，而不用通过前传链路。随着越多的内容资源被存储在本地F-AP中，F-RAN的性能会得到提升。目前的大多数研究工作都集中在如何提升选用了本地分布式协作模式的用户感知上，如通过最优化基站选择、回程链路资源分配和波束赋形设计，最小化了具有缓存功能的无线网络的能耗；为提升点播业务多播传送的性能，提出了联合缓存和无线资源分配的优化方案；联合优化有限前传链路容量前提下的F-RAN用户联盟、数据传输速率和信号预编码。
然而，在这些研究中，对于所需内容资源没有存储在本地F-AP中的用户，其需要通过本地F-AP的前传链路从BBU池中获取内容资源，这无疑会带来高传输时延，而且其传输效率会比传统RRH的前传链路更低。因此，和选用全局C-RAN模式的用户相比，这些用户的感知会更差。另外，由于F-AP的独立性，它们之间很难实现大规模联合传输。相反，在全局C-RAN模式中，通过BBU池，可以很容易地实现大规模联合传输，用户能获得较高的传输速率。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置。
第一方面，本发明实施例提供一种接入模式选择和预编码联合优化方法，包括：
若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
作为优选的，还包括：
若判断获知用户所需资源不能完全由F-AP提供，则选用本地分布式协作模式进行数据传输，将RRH的信号置为0。
作为优选的，还包括：
若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中没有用户所需资源，则采用全局云无线接入网C-RAN模式进行数据传输，将F-AP的信号置为0。
作为优选的，每个所述F-AP最大缓存能力为：
Figure BDA0001895118650000031
F-AP最大允许发送功率的限制条件为：
Figure BDA0001895118650000032
RRH最大允许发送功率的限制条件为：
Figure BDA0001895118650000033
每个用户UE所需的服务质量QoS为：
Figure BDA0001895118650000034
上式中，网络中有M个F-AP、N个RRH和K个UE；表示
Figure BDA0001895118650000035
第q个文件存储在第m个F-AP中；第q个文件大小是Bq；Cm表示第m个F-AP的最大缓存能力；
Figure BDA0001895118650000036
表示第n个RRH到第k个UE的发送波束赋形因子；
Figure BDA0001895118650000037
表示RRH最大允许发送功率；
Figure BDA0001895118650000038
表示第m个F-AP到第k个UE的发送功率；
Figure BDA0001895118650000039
表示F-AP最大允许发送功率；
Figure BDA00018951186500000310
表示第m个F-AP服务第k个UE，
Figure BDA00018951186500000311
表示第m个F-AP不服务第k个UE；
Figure BDA00018951186500000312
表示F-AP到第k个UE的传输速率；
Figure BDA00018951186500000313
表示RRH到第k个UE的平均传输速率；
Figure BDA00018951186500000314
表示第k个UE所需的QoS。
作为优选的，RRH到第k个UE的平均传输速率为：
Figure BDA0001895118650000041
Figure BDA0001895118650000042
F-AP到第k个UE的传输速率可表示为：
Figure BDA0001895118650000043
Figure BDA0001895118650000044
式中，rf表示每个UE前传链路的传输速率，表示每个UE中传链路的传输速率；
Figure BDA0001895118650000045
表示从第n个RRH到第k个UE的信道状态信息，
Figure BDA0001895118650000046
是信道状态信息矩阵；
Figure BDA0001895118650000047
表示第n个RRH到第k个UE的发送波束赋形因子，
Figure BDA0001895118650000048
表示波束赋形向量；
Figure BDA0001895118650000049
是第m个F-AP到第k个UE的信道状态信息；
Figure BDA00018951186500000410
是第i个F-AP到第k个UE的信道状态信息；
Figure BDA00018951186500000411
表示第m个F-AP到第k个UE的发送功率；
Figure BDA00018951186500000412
表示第m个F-AP到第j个UE的发送功率；
Figure BDA00018951186500000413
表示第j个F-AP到第i个UE的发送功率；σ表示高斯噪声的标准差，I为单位矩阵。
作为优选的，将系统平均时延最小化，具体包括：
获取系统的最小化平均时延：
Figure BDA00018951186500000414
式中，
Figure BDA00018951186500000415
表示第k个用户请求第q个文件；第q个文件大小是Bq。
作为优选的，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率，具体包括：
基于拉格朗日方法将每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率、每个用户UE所需的服务质量QoS转换为拉格朗日乘子；将系统的最小化平均时延转换为拉格朗日对偶函数；
通过基于迭代算法的次梯度方法对所述拉格朗日对偶函数进行分析处理，得到系统平均时延最小化用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
第二方面，本发明实施例提供一种接入模式选择和预编码联合优化装置，包括：
模式选择模块，用于若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
预编码联合优化模块，用于基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
本发明实施例提出了一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置，针对雾无线接入网，通过对接入模式选择和预编码的联合优化，获取系统中对于每个用户的最优接入模式和预编码方案，从而在满足用户一定QoS要求的前提下，使得系统平均传输时延达到最低，在寻找目标函数最优解的过程中，综合运用拉格朗日算法、基于迭代算法的次梯度方法等，将非凸问题转变为一个等价的凸优化问题，使得问题可解，进而才能应用于实际系统中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的接入模式选择和预编码联合优化方法示意图；
图2为根据本发明实施例的网络系统模型示意图；
图3为根据本发明实施例的接入模式自适应选择流程示意图；
图4为根据本发明实施例的接入模式选择和预编码联合优化方法在不同QoS要求下的收敛性能示意图；
图5为根据本发明实施例的接入模式选择和预编码联合优化装置示意图；
图6为根据本发明实施例的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于现有技术中雾无线接入网络的无线和缓存资源联合分配方法，只是将缓存资源分配和F-RAN的本地分布式协作模式下的无线资源分配进行了联合优化，并未涉及全局C-RAN模式，更没有考虑接入模式自适应选择问题；网络虚拟化雾无线接入网络中的切换方法，只是提出了一种用户在移动过程中，在不同F-AP之间切换的方法，与预编码技术、接入模式选择均无关；雾无线接入网中基于图论的协作缓存方法，只是提供了一种缓存布放方法，并不涉及预编码技术和接入模式选择。
因此本发明各实施例在本地分布式协作模式的基础上，用全局C-RAN模式提供高速率无缝覆盖，用户可以根据网络的缓存策略和他们与本地F-AP之间的信道状态信息，选择相应的模式；对于那些所需内容没有存储在本地F-AP中的用户，全局C-RAN模式可以通过高容量的前传链路从云缓冲区中提取内容并传输给用户，这会比本地F-AP更加有效；对于遭受着严重传输速率损耗的用户，尤其是小区边缘用户，全局C-RAN模式可以通过大规模联合传输来提升他们的感知。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1为本发明实施例提供的一种接入模式选择和预编码联合优化方法，包括：
S1、若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
S2、基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
在本实施例中，如图2所示，网络中存在两种接入点：RRH和F-AP。假定RRH没有缓存功能，必须通过前传链路从BBU中下载文件；BBU通过中传链路(Middlehual)从缓冲区中获得整个文件；若F-AP具有缓存能力，这样连接到F-AP的UE可以获得他们所需的存储在F-AP中的资源。
用户可以同时接入到RRH或F-AP，以获得他们所需的资源。在实际情况中，用户常常不能从F-AP中获得其所需的所有资源，因为F-AP的缓存能力有限。所有资源存储在缓冲区中，用户可以通过前传链路和中传链路来下载F-AP中没有的资源。
因此，在本实施例中，若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源。并进一步的获取系统中对于每个用户的最优接入模式和预编码方案，从而在满足用户一定QoS要求的前提下，使得系统平均传输时延达到最低，在寻找目标函数最优解的过程中，综合运用拉格朗日算法、基于迭代算法的次梯度方法等，将非凸问题转变为一个等价的凸优化问题，使得问题可解，进而才能应用于实际系统中。
在上述实施例的基础上，还包括：
若判断获知用户所需资源不能完全由F-AP提供，则选用本地分布式协作模式进行数据传输，将RRH的信号置为0。
在上述各实施例的基础上，还包括：
若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中没有用户所需资源，则采用全局云无线接入网C-RAN模式进行数据传输，将F-AP的信号置为0。
在本实施例中，如图3所示，当用户只采用本地分布式协作模式时，将RRH的信号
Figure BDA0001895118650000081
置为0即可；反之亦然，当用户只采用全局C-RAN模式时，将F-AP的信号
Figure BDA0001895118650000082
置为0即可。
在上述各实施例的基础上，每个所述F-AP最大缓存能力为：
Figure BDA0001895118650000083
F-AP最大允许发送功率的限制条件为：
Figure BDA0001895118650000084
RRH最大允许发送功率的限制条件为：
Figure BDA0001895118650000085
每个用户UE所需的服务质量QoS为：
Figure BDA0001895118650000086
上式(1)至(4)中，网络中有M个F-AP、N个RRH和K个UE；表示
Figure BDA0001895118650000087
第q个文件存储在第m个F-AP中；第q个文件大小是Bq；Cm表示第m个F-AP的最大缓存能力；
Figure BDA0001895118650000088
表示第n个RRH到第k个UE的发送波束赋形因子；
Figure BDA0001895118650000089
表示RRH最大允许发送功率；
Figure BDA00018951186500000810
表示第m个F-AP到第k个UE的发送功率；
Figure BDA0001895118650000091
表示F-AP最大允许发送功率；
Figure BDA0001895118650000092
表示第m个F-AP服务第k个UE，
Figure BDA0001895118650000093
表示第m个F-AP不服务第k个UE；
Figure BDA0001895118650000094
表示F-AP到第k个UE的传输速率；
Figure BDA0001895118650000095
表示RRH到第k个UE的平均传输速率；
Figure BDA0001895118650000096
表示第k个UE所需的QoS。
在本实施例中，设定网络中有M个F-AP，N个RRH和K个UE。所有RRH带宽相同，所有F-AP的带宽也相同，RRH与F-AP的带宽不同。
Figure BDA0001895118650000097
是一个Q×M矩阵，表示第q个文件是否存储在第m个F-AP中。假定第q个文件大小是Bq，D＝[dk]K×1表示第k个用户是否请求第q个文件，假定D是根据每个用户的情况而给定的。
Figure BDA0001895118650000098
表示用户关联矩阵，表示第M个F-AP是否服务第K个UE。
Figure BDA0001895118650000099
表示第m个F-AP服务第k个UE，反之，
Figure BDA00018951186500000910
为使系统平均传输时延最低，第k个UE的最终传输速率取RRH和F-AP对其的最大值，限制条件为F-AP的缓存能力、最大允许发送功率、文件分配标记和用户所需QoS。即上式(1)表示每个所述F-AP最大缓存能力；式(2)表示F-AP最大允许发送功率的限制条件；式(3)表示RRH最大允许发送功率的限制条件；式(4)表示每个用户UE所需的服务质量QoS，以保证每个UE的最小传输速率足够高。
在上述各实施例的基础上，RRH到第k个UE的平均传输速率为：
Figure BDA00018951186500000911
Figure BDA00018951186500000912
F-AP到第k个UE的传输速率可表示为：
Figure BDA00018951186500000913
Figure BDA0001895118650000101
式中，rf表示每个UE前传链路的传输速率，表示每个UE中传链路的传输速率；
Figure BDA0001895118650000102
表示从第n个RRH到第k个UE的信道状态信息，
Figure BDA0001895118650000103
是信道状态信息矩阵；
Figure BDA0001895118650000104
表示第n个RRH到第k个UE的发送波束赋形因子，
Figure BDA0001895118650000105
表示波束赋形向量；
Figure BDA0001895118650000106
是第m个F-AP到第k个UE的信道状态信息；
Figure BDA0001895118650000107
是第i个F-AP到第k个UE的信道状态信息；
Figure BDA0001895118650000108
表示第m个F-AP到第k个UE的发送功率；
Figure BDA0001895118650000109
表示第m个F-AP到第j个UE的发送功率；
Figure BDA00018951186500001010
表示第j个F-AP到第i个UE的发送功率；σ表示高斯噪声的标准差，I为单位矩阵。
在本实施例中，对于RRH，
Figure BDA00018951186500001011
表示第n个RRH到第k个UE的发送波束赋形因子，
Figure BDA00018951186500001012
则表示波束赋形向量。
Figure BDA00018951186500001013
表示从第n个RRH到第k个UE的信道状态信息，
Figure BDA00018951186500001014
是信道状态信息矩阵。n0表示第k个UE的接收噪声，假定其分布为高斯分布
Figure BDA00018951186500001015
Figure BDA00018951186500001016
表示第k个UE从RRH收到的信息。因此，第k个UE从RRH收到的信号可以表示如下式(9)所示：
Figure BDA00018951186500001017
数据传输速率为如式(6)所示，用rf和rm分别表示每个UE前传链路和中传链路的传输速率。RRH到第k个UE的平均传输速率即如式(5)所示。
在本实施例中，对于F-AP，用
Figure BDA00018951186500001018
表示第m个F-AP到第k个UE的发送功率，
Figure BDA00018951186500001019
表示信道状态矩阵，
Figure BDA00018951186500001020
是第m个F-AP到第k个UE的信道状态信息。
Figure BDA00018951186500001021
表示第k个UE从第m个F-AP收到的信息。因此，第k个UE从第m个F-AP收到接收信号可表示为：
Figure BDA00018951186500001022
上式(10)中，
Figure BDA00018951186500001023
表示第j个F-AP到第i个UE的发送功率；
Figure BDA00018951186500001024
表示第i个UE从第k个F-AP收到的信息。
数据传输速率如式(8)所示，F-AP到第k个UE的传输速率可表示为
Figure BDA0001895118650000111
在上述各实施例的基础上，将系统平均时延最小化，具体包括：
获取系统的最小化平均时延：
Figure BDA0001895118650000112
式中，
Figure BDA0001895118650000113
表示第k个用户请求第q个文件；第q个文件大小是Bq。
在本实施例中，使系统平均传输时延最低，第k个UE的最终传输速率取RRH和F-AP对其的最大值：
Figure BDA0001895118650000114
限制条件为F-AP的缓存能力、最大允许发送功率、文件分配标记和用户所需QoS，系统平均时延最小化问题可以转换为如式(11)所示，限制条件如上述各实施例中的式(1)至(4)所示，即：
Figure BDA0001895118650000115
Figure BDA0001895118650000116
Figure BDA0001895118650000118
Figure BDA0001895118650000117
在上述各实施例的基础上，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率，具体包括：
基于拉格朗日方法将每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率、每个用户UE所需的服务质量QoS转换为拉格朗日乘子；将系统的最小化平均时延转换为拉格朗日对偶函数；
通过基于迭代算法的次梯度方法对所述拉格朗日对偶函数进行分析处理，得到系统平均时延最小化用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
在本实施例中，式(11)中的获取系统的最小化平均时延是一个混合整数问题，并且是NP-hard的。因此，在本实施例中，不考虑缓存布放策略问题，缓存布放情况已经预先确定了。对于任意给定的缓存布放方案，(11)可以转化成：
Figure BDA0001895118650000121
Figure BDA0001895118650000122
Figure BDA0001895118650000123
Figure BDA0001895118650000124
在本实施例中，上式(13)是由一系列分式构成的，(13)是一个非线性分式规划问题，很难直接求解。根据优化定理，本实施例中引入替换因子γk，(13)可以转化为：
Figure BDA0001895118650000125
Figure BDA0001895118650000126
Figure BDA0001895118650000127
Figure BDA0001895118650000128
Figure BDA0001895118650000129
然后运用拉格朗日算法对(14)进行转换。(14)的拉格朗日函数如下：
Figure BDA0001895118650000131
其中λ＝[λk]K×1，η＝[ηn]N×1μ＝[μm]M×1，ν＝[νk]K×1，分别是对应于四个限制条件的拉格朗日乘子。
因此，在本实施例中，拉格朗日对偶函数可表示为：
Figure BDA0001895118650000132
对偶优化问题可以公式化为：
Figure BDA0001895118650000133
通过求解(17)，即可解决原始问题(13)。本专利用次梯度算法来求解(17)，第i次迭代的对偶函数的拉格朗日乘子次梯度表示为：
Figure BDA0001895118650000134
Figure BDA0001895118650000135
Figure BDA0001895118650000136
Figure BDA0001895118650000137
Figure BDA0001895118650000138
表示第i次迭代中λ,β,μ,ν对应的次梯度。因此，第i+1次迭代中对偶变量的更新等式为：
Figure BDA0001895118650000139
Figure BDA00018951186500001310
Figure BDA00018951186500001311
Figure BDA00018951186500001312
上述各式中，为
Figure BDA0001895118650000141
为正数步长。根据上述派生关系，本发明实施例提出以下算法，利用基于迭代算法的次梯度方法来求解(17)。
步骤1：设置迭代因子i＝1。初始化拉格朗日乘子λ,β,μ,ν，步长
Figure BDA0001895118650000142
Figure BDA0001895118650000143
最大迭代次数Imax以及迭代门限δ。
步骤2：判断i是否小于等于Imax，若是，则进入步骤3；若否，则结束算法，输出结果。
步骤3：利用CVX求解凸优化函数：
Figure BDA0001895118650000144
步骤4：按照公式(21)～(24)进行迭代。
步骤5：判断以下公式(27)是否成立；
|λk(i+1)-λk(i)|+|ηn(i+1)-ηn(i)|+|μm(i+1)-μm(i)|+|νk(i+1)-νk(i)|≤δ (27)
若成立，则返回步骤2；若不成立，则结束算法，输出结果。
对于任意给定的缓存布放策略，可以通过上述方式获取系统中对于每个用户的最优接入模式和预编码方案，从而在满足用户一定QoS要求的前提下，使得系统平均传输时延达到最低。
在本实施例中，还基于数值仿真验证了本发明上述实施例各方法的时延性能；在仿真中，所有RRH和F-AP在800m*800m的区域中随机布放，F-AP是小区半径为200m；用户随机分布在区域内。假定M＝5，N＝5，K＝20，即网络中有5个F-AP、5个RRH和20个用户。每个F-AP和RRH的总发送功率分别为30dBm和35dBm。假定路径损耗模型为31.5+40.0*log10(d)，其中d表示发送方和接收方的距离。
如图4所示，展示了本发明上述各实施例所提方法在不同QoS要求下的收敛性。仿真结果表明，不同QoS要求下，所提算法均可以在5次迭代以内收敛，这表明所提算法很有效。另外，不同的QoS要求等级对于系统平均传输时延有显著影响：随着QoS要求的提升，系统的平均传输时延会变高。在高QoS的要求下，更多的发送功率会被分配给那些不能达到QoS要求的用户，这样会使系统的整体性能有所降低。因此，在系统性能和用户性能之间，存在一个平衡关系。
本发明实施例还提供一种接入模式选择和预编码联合优化装置，基于上述各实施例中的接入模式选择和预编码联合优化方法，如图5所示，包括模式选择模块30和预编码联合优化模块40，其中：
模式选择模块30若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
预编码联合优化模块40基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
图6为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储在存储器830上并可在处理器810上运行的计算机程序，以执行上述各实施例提供的接入模式选择和预编码联合优化方法，例如包括：
S1、若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
S2、基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的接入模式选择和预编码联合优化方法，例如包括：
S1、若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
S2、基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
本发明实施例还提供本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行如上述的接入模式选择和预编码联合优化方法，例如包括：
S1、若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
S2、基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
综上所述，本发明实施例提供的一种接入模式选择和预编码联合优化方法和装置，针对雾无线接入网，通过对接入模式选择和预编码的联合优化，获取系统中对于每个用户的最优接入模式和预编码方案，从而在满足用户一定QoS要求的前提下，使得系统平均传输时延达到最低，在寻找目标函数最优解的过程中，综合运用拉格朗日算法、基于迭代算法的次梯度方法等，将非凸问题转变为一个等价的凸优化问题，使得问题可解，进而才能应用于实际系统中。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种接入模式选择和预编码联合优化方法，其特征在于，包括：
若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
2.根据权利要求1所述的接入模式选择和预编码联合优化方法，其特征在于，还包括：
若判断获知用户所需资源不能完全由F-AP提供，则选用本地分布式协作模式进行数据传输，将RRH的信号置为0。
3.根据权利要求1所述的接入模式选择和预编码联合优化方法，其特征在于，还包括：
若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中没有用户所需资源，则采用全局云无线接入网C-RAN模式进行数据传输，将F-AP的信号置为0。
4.根据权利要求1所述的接入模式选择和预编码联合优化方法，其特征在于，每个所述F-AP最大缓存能力为：
Figure FDA0003925404070000011
F-AP最大允许发送功率的限制条件为：
Figure FDA0003925404070000012
RRH最大允许发送功率的限制条件为：
Figure FDA0003925404070000013
每个用户UE所需的服务质量QoS为：
Figure FDA0003925404070000021
上式中，网络中有M个F-AP、N个RRH和K个UE；
Figure FDA0003925404070000022
表示第q个文件存储在第m个F-AP中；第q个文件大小是Bq；Cm表示第m个F-AP的最大缓存能力；
Figure FDA0003925404070000023
表示第n个RRH到第k个UE的发送波束赋形因子；
Figure FDA0003925404070000024
表示RRH最大允许发送功率；
Figure FDA0003925404070000025
表示第m个F-AP到第k个UE的发送功率；
Figure FDA0003925404070000026
表示F-AP最大允许发送功率；
Figure FDA0003925404070000027
表示第m个F-AP服务第k个UE，
Figure FDA0003925404070000028
表示第m个F-AP不服务第k个UE；
Figure FDA0003925404070000029
表示F-AP到第k个UE的传输速率；
Figure FDA00039254040700000210
表示RRH到第k个UE的平均传输速率；
Figure FDA00039254040700000211
表示第k个UE所需的QoS。
5.根据权利要求4所述的接入模式选择和预编码联合优化方法，其特征在于，RRH到第k个UE的平均传输速率为：
Figure FDA00039254040700000212
Figure FDA00039254040700000213
F-AP到第k个UE的传输速率可表示为：
Figure FDA00039254040700000214
Figure FDA00039254040700000215
式中，rf表示每个UE前传链路的传输速率，rm表示每个UE中传链路的传输速率；
Figure FDA00039254040700000216
表示从第n个RRH到第k个UE的信道状态信息，
Figure FDA00039254040700000217
是信道状态信息矩阵；
Figure FDA00039254040700000218
表示第n个RRH到第k个UE的发送波束赋形因子，
Figure FDA0003925404070000031
表示波束赋形向量；
Figure FDA0003925404070000032
表示第n个RRH到第j个UE的发送波束赋形因子，
Figure FDA0003925404070000033
表示波束赋形向量；
Figure FDA0003925404070000034
是第m个F-AP到第k个UE的信道状态信息；
Figure FDA0003925404070000035
是第i个F-AP到第k个UE的信道状态信息；
Figure FDA0003925404070000036
表示第m个F-AP到第k个UE的发送功率；
Figure FDA0003925404070000037
表示第m个F-AP到第j个UE的发送功率；
Figure FDA0003925404070000038
表示第j个F-AP到第i个UE的发送功率；σ表示高斯噪声的标准差，I为单位矩阵。
6.根据权利要求5所述的接入模式选择和预编码联合优化方法，其特征在于，将系统平均时延最小化，具体包括：
获取系统的最小化平均时延：
Figure FDA0003925404070000039
式中，
Figure FDA00039254040700000310
表示第k个用户请求第q个文件；第q个文件大小是Bq。
7.根据权利要求6所述的接入模式选择和预编码联合优化方法，其特征在于，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率，具体包括：
基于拉格朗日方法将每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率、每个用户UE所需的服务质量QoS转换为拉格朗日乘子；将系统的最小化平均时延转换为拉格朗日对偶函数；
通过基于迭代算法的次梯度方法对所述拉格朗日对偶函数进行分析处理，得到系统平均时延最小化用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
8.一种接入模式选择和预编码联合优化装置，其特征在于，包括：
模式选择模块，用于若判断获知用户所需资源完全由雾接入点F-AP提供，且所述F-AP中有用户所需资源，则选用联合传输模式，同时从射频拉远头RRH和F-AP获取用户所需资源；
预编码联合优化模块，用于基于每个所述F-AP最大缓存能力、F-AP最大允许发送功率、RRH最大允许发送功率和每个用户UE所需的服务质量QoS，将系统平均时延最小化，获取用户在RRH和F-AP的最大传输速率。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
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