CN112822769A - 一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置 - Google Patents

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CN112822769A CN202110003925.1A CN202110003925A CN112822769A CN 112822769 A CN112822769 A CN 112822769A CN 202110003925 A CN202110003925 A CN 202110003925A CN 112822769 A CN112822769 A CN 112822769A
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space station
optimization problem
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energy efficiency
lunar
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章跃跃
石云墀
谢晔
冯伟
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方轶
王进
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Abstract

本发明公开了一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置，该方法包括步骤A：综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，建立最大化系统能效的优化问题；步骤B：基于流表的数据转发策略，月球空间站获得各接入节点的信道增益信息；步骤C：为了降低算法复杂度，将原整型规划问题转化为凸优化问题；步骤D：通过路径跟踪算法，在月球空间站的控制器获得最优解的功率分配策略。本发明可以解决未来月球空间站网络功率分配的技术问题。

Description

一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置
技术领域
本发明涉及空间网络领域，特别涉及一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置。
背景技术
通信系统的无线资源不再单独以最大化可靠传输的信息量为目标，而是考虑消耗单位焦耳所能够可靠传输的信息量。从物理角度出发，能源效率可定义传输信息比特数与所消耗能量的比值。消耗的能量包括辐射能量，使用非理想功率放大器所损失的能量，以及系统中硬件的能量消耗(如信号上变频和下变频，频率合成器，滤波操作，数模、模数转换，和冷却操作)。提高无线网络能效的方法主要分为四类，如资源分配、网络规划和部署、能量收集以及低功耗硬件的实现。通信系统网络的能效，取决于多个网络范围中各条链路上的性能函数，其表达起来往往会变得复杂。
月球空间站无线网络是一个由月球空间站、飞船、航天员、地球控制中心及月面网络通信基础设施构成的异构网络，考虑到空间设备的能量约束及系统的干扰抑制，需要在功率分配方面进行优化。在月球空间站通信系统方面，《国际深空互操作通信系统标准(草案)》对频率、调制、编码、同步、天线极化等方面做了具体的定义。考虑到能源的稀缺性，能量效率(Energy Efficiency，EE)将作为衡量月球空间站无线网络性能的关键指标，将实现从吞吐量优化向能效优化的通信方式进行转变。同时，月球空间站与飞船、地球站、月球站之间的距离变化范围较大，高效自适应的功率控制将有利于系统能效的提升。因此，如何设计提升系统能效的功率控制算法，是亟待解决的关键技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置，以解决未来月球空间站网络功率分配的技术问题。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明公开了一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，包括以下步骤：
步骤A：综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，建立最大化系统能效的优化问题；
步骤B：基于流表的数据转发策略，月球空间站获得网络中各接入节点的信道增益信息；
步骤C：为了降低算法复杂度，将原整型规划问题转化为凸优化问题；
步骤D：通过路径跟踪法，获得最优解的功率分配策略。
进一步的，步骤A包括如下步骤：
步骤A1：定义月球空间站网络系统子信道信干噪比，在月球空间站网络中，将飞船与航天员视为与空间站相连的用户，其组成集合为F，则个数为F＝|F|，假设月球空间站网络采用正交频分多址作为用户的多址接入方式，可用子信道数为N，信道带宽为Δf，定义用户Uf在信道n上的信干噪比为：
Figure BDA0002882215320000021
式中，
Figure BDA0002882215320000022
为空间站给Uf在信道n上分配的下行传输功率，
Figure BDA0002882215320000023
为空间站与Uf之间的信道增益，其他占用信道n的用户上行功率为
Figure BDA0002882215320000024
Figure BDA0002882215320000025
为Ui与Uf之间在信道n上的信道增益，同频干扰为
Figure BDA0002882215320000026
1R为噪声功率；
步骤A2：定义月球空间站网络系统能效，令
Figure BDA0002882215320000027
为子信道分配指示标记，当子信道n分配给Uf时，
Figure BDA0002882215320000031
否则，
Figure BDA0002882215320000032
通过适当的调制和编码方案，用户吞吐量与接收端的SINR之间存在映射关系，单个用户在各个子信道上获得的归一化传输速率为：
Figure BDA0002882215320000033
空间站总的下行传输速率为：
Figure BDA0002882215320000034
其中，Γ和p分别为由元素
Figure BDA0002882215320000035
和
Figure BDA0002882215320000036
组成的向量；
则空间站下行通信链路的能效为：
Figure BDA0002882215320000037
能效定义为单位能量所传输的信息位数，其量纲为bits/Joule，分母代表了空间站单位时间消耗的能量，为
Figure BDA0002882215320000038
其中，μf为发射端的功率放大器效率，
Figure BDA0002882215320000039
为空间站向Uf发送数据时，发射机和接收机的所有其他电路块中的固有消耗功率，包括混频器、滤波器、A/D和D/A转换器；
步骤A3：建立月球空间站系统能效最优化模型，考虑到分配给各个用户子信道上的最大干扰容限，在保证QoS同时，为了最大化系统整体的能效，建立整型规划模型：
Figure BDA00028822153200000310
Figure BDA00028822153200000311
Figure BDA00028822153200000312
Figure BDA00028822153200000313
Figure BDA00028822153200000314
Figure BDA00028822153200000315
Figure BDA00028822153200000316
其中，式(a)给出了目标函数，通过优化变量
Figure BDA0002882215320000041
和
Figure BDA0002882215320000042
从而最大化系统下行链路的通信能效；式(b)确保了每个接入网络中的用户所能获得的传输速率；式(c)和式(d)定义了子信道n上的下行功率
Figure BDA0002882215320000043
的范围；式(e)给出了在子信道n上第i个用户的干扰容限；式(f)表明任意一个子信道最多被一个用户占用；式(g)说明
Figure BDA0002882215320000044
是一个二值变量。
进一步的，步骤C包括如下步骤：
将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，对非凸约束进行松弛，即转化为
Figure BDA0002882215320000045
此时，无线信道资源被分成时频资源块，通过时分方式进行复用，则步骤A3的优化问题可以转化为参数化的凸优化问题，即：
Figure BDA0002882215320000046
其中，比例系数
Figure BDA0002882215320000047
由此，通过将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，可以求得凸优化问题的最优解，即原问题的次优解，从而实现联合调度和功率分配。
进一步的，步骤D包括如下步骤：
步骤D1：建立凸优化问题的对偶问题，由于步骤C中凸优化问题的目标函数
Figure BDA0002882215320000048
是关于变量
Figure BDA0002882215320000049
和
Figure BDA00028822153200000410
的凹函数，因此，可以通过求解此凸优化问题的对偶问题，从而获得步骤A3中原优化问题的可行解，步骤C中凸优化问题的拉格朗日函数为：
Figure BDA00028822153200000411
其中，变量
Figure BDA00028822153200000413
和
Figure BDA00028822153200000412
分别是与式(b)，式(c)和式(e)相关的拉格朗日乘子，则步骤C中凸优化问题的对偶问题为：
Figure BDA0002882215320000051
步骤D2：获得功率分配的最优解，由于拉格朗日函数L(Γ，p，α，β，η)是凹函数，因此可以通过对L(Γ，p，α，β，η)求偏导并取其零点，从而获得最优时分比例
Figure BDA0002882215320000052
和最优功率分配
Figure BDA0002882215320000053
即：
Figure BDA0002882215320000054
和
Figure BDA0002882215320000055
步骤D3：求得对偶变量的更新梯度，由于g(α，β，η)是可微的，可以采用梯度法更新对偶变量，其中拉格朗日乘子αI，βI和
Figure BDA0002882215320000056
的梯度分别为：
Figure BDA0002882215320000057
Figure BDA0002882215320000058
Figure BDA0002882215320000059
步骤D4：通过路径跟踪法求得凸优化问题的全局最优解，由于步骤C凸优化问题的目标函数和约束条件均为凸的，则可以通过路径跟踪法求得凸优化问题的全局最优解。
本发明另外公开了一种基于能效最优的月球空间站功率分配装置，包括接入单元、数据转发单元和控制器单元，其中：
所述接入单元与所述数据转发单元连接，用于负责网络节点的接入控制；
所述数据转发单元与所述接入单元和控制器单元连接，用于根据流表规则对数据流进行相应的处理；
所述控制器单元与所述数据转发单元连接，用于实现系统功率分配的计算处理单元。
进一步的，所述接入单元负责网络节点的接入控制，根据节点的接入请求信令信号，获的各节点的信道增益
Figure BDA0002882215320000061
通过所述数据转发单元上传给所述控制器单元。
进一步的，所述数据转发单元根据流表中的每个表项执行相应的动作，其中每个表项包含包头域、计数器、动作表。
进一步的，所述控制器单元通过无线链路与地球控制中心和月面网络通信基础设施进行控制面信息交互，实现系统功率分配的计算处理单元，通过路径跟踪法，求得最优功率分配的数值。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、本发明综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，提高网络的系统能效；
2、本发明采用基于流表的数据转发策略，将月球空间站的接入单元获得的节点信道增益信息发送给控制器单元，提升系统的可重构性和灵活性；
3、本发明提出低复杂度的功率分配方法，通过路径跟踪算法，获得最优解的功率分配策略。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
图1为月球空间站通信场景图；
图2为基于流表转发的规则部署及数据转发示意图；
图3为面向月球空间站网络的流表及其组成图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
本发明公开了一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，适用于由月球空间站、飞船、航天员构成的异构网络，包括以下步骤：
步骤A：综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，建立最大化系统能效的优化问题；
步骤B：基于流表的数据转发策略，月球空间站获得网络中各接入节点的信道增益信息；
步骤C：为了降低算法复杂度，将原整型规划问题转化为凸优化问题；
步骤D：通过路径跟踪法，获得最优解的功率分配策略。
进一步的，步骤A包括如下步骤：
步骤A1：定义月球空间站网络系统子信道信干噪比，请参考图1，给出了基于能效最优的月球空间站功率分配方法的通信场景图，在月球空间站网络中，将飞船与航天员视为与空间站相连的用户，其组成集合为F，则个数为F＝|F|，假设月球空间站网络采用正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)作为用户的多址接入方式，可用子信道数为N，信道带宽为Δf，定义用户Uf在信道n上的信干噪比(Signal toInterference plus Noise Ratio，SINR)为：
Figure BDA0002882215320000071
式中，
Figure BDA0002882215320000072
为空间站给Uf在信道n上分配的下行传输功率，
Figure BDA0002882215320000073
为空间站与Uf之间的信道增益，其他占用信道n的用户上行功率为
Figure BDA0002882215320000081
Figure BDA0002882215320000082
为Ui与Uf之间在信道n上的信道增益，同频干扰为
Figure BDA0002882215320000083
1R为噪声功率；
步骤A2：定义月球空间站网络系统能效，令
Figure BDA0002882215320000084
为子信道分配指示标记，当子信道n分配给Uf时，
Figure BDA0002882215320000085
否则，
Figure BDA0002882215320000086
通过适当的调制和编码方案，用户吞吐量与接收端的SINR之间存在映射关系，单个用户在各个子信道上获得的归一化传输速率(单位：bit/s/Hz)为：
Figure BDA0002882215320000087
空间站总的下行传输速率为：
Figure BDA0002882215320000088
其中，Γ和p分别为由元素
Figure BDA0002882215320000089
和
Figure BDA00028822153200000810
组成的向量；
则空间站下行通信链路的能效为：
Figure BDA00028822153200000811
能效定义为单位能量所传输的信息位数，其量纲为bits/Joule，分母代表了空间站单位时间消耗的能量，为
Figure BDA00028822153200000812
其中，μI为发射端的功率放大器效率，
Figure BDA00028822153200000813
为空间站向Uf发送数据时，发射机和接收机的所有其他电路块中的固有消耗功率，包括混频器、滤波器、A/D和D/A转换器；
步骤A3：建立月球空间站系统能效最优化模型，考虑到分配给各个用户子信道上的最大干扰容限，在保证QoS同时，为了最大化系统整体的能效，建立整型规划模型：
Figure BDA00028822153200000814
Figure BDA00028822153200000815
Figure BDA00028822153200000816
Figure BDA0002882215320000091
Figure BDA0002882215320000092
Figure BDA0002882215320000093
Figure BDA0002882215320000094
其中，式(a)给出了目标函数，通过优化变量
Figure BDA0002882215320000095
和
Figure BDA0002882215320000096
从而最大化系统下行链路的通信能效；式(b)确保了每个接入网络中的用户(航天员、飞船)所能获得的传输速率；式(c)和式(d)定义了子信道n上的下行功率
Figure BDA0002882215320000097
的范围；式(e)给出了在子信道n上第i个用户的干扰容限；式(f)表明任意一个子信道最多被一个用户占用；式(g)说明
Figure BDA0002882215320000098
是一个二值变量。
进一步的，步骤C包括如下步骤：
将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，由于步骤A3中给出的整型规划是NP-hard问题，在实际的求解过程中难以获得最优解，尤其是当系统中用户占用的信道数较多时，求解大规模整型规划问题的难度将大幅提升。为了降低计算复杂度，并实现在线求解资源分配问题，对非凸约束进行松弛，即转化为
Figure BDA0002882215320000099
此时，无线信道资源被分成时频资源块，通过时分方式进行复用，则步骤A3的优化问题可以转化为参数化的凸优化问题，即：
Figure BDA00028822153200000910
其中，比例系数
Figure BDA00028822153200000911
由此，通过将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，可以求得凸优化问题的最优解，即原问题的次优解，从而实现联合调度和功率分配。
进一步的，步骤D包括如下步骤：
步骤D1：建立凸优化问题的对偶问题，由于步骤C中凸优化问题的目标函数
Figure BDA0002882215320000101
是关于变量
Figure BDA0002882215320000102
和
Figure BDA0002882215320000103
的凹函数，因此，可以通过求解此凸优化问题的对偶问题，从而获得步骤A3中原优化问题的可行解，步骤C中凸优化问题的拉格朗日函数为：
Figure BDA0002882215320000104
其中，变量
Figure BDA0002882215320000105
和
Figure BDA0002882215320000106
分别是与式(b)，式(c)和式(e)相关的拉格朗日乘子，则步骤C中凸优化问题的对偶问题为：
Figure BDA0002882215320000107
步骤D2：获得功率分配的最优解，由于拉格朗日函数L(Γ，p，α，β，η)是凹函数，因此可以通过对L(Γ，p，α，β，η)求偏导并取其零点，从而获得最优时分比例
Figure BDA0002882215320000108
和最优功率分配
Figure BDA0002882215320000109
即：
Figure BDA00028822153200001010
和
Figure BDA00028822153200001011
步骤D3：求得对偶变量的更新梯度，由于g(α，β，η)是可微的，可以采用梯度法更新对偶变量，其中拉格朗日乘子αI，βI和
Figure BDA00028822153200001012
的梯度分别为：
Figure BDA00028822153200001013
Figure BDA00028822153200001014
Figure BDA00028822153200001015
步骤D4：通过路径跟踪法求得凸优化问题的全局最优解，由于步骤C凸优化问题的目标函数和约束条件均为凸的，则可以通过路径跟踪法求得凸优化问题的全局最优解。
实施例二
本发明另外公开了一种基于能效最优的月球空间站功率分配装置，包括接入单元、数据转发单元和控制器单元，其中：
所述接入单元与所述数据转发单元连接，用于负责网络节点的接入控制；
所述数据转发单元与所述接入单元和控制器单元连接，用于根据流表规则对数据流进行相应的处理；
所述控制器单元与所述数据转发单元连接，用于实现系统功率分配的计算处理单元。
进一步的，所述接入单元负责网络节点的接入控制，根据节点的接入请求信令信号，获的各节点的信道增益
Figure BDA0002882215320000111
通过所述数据转发单元上传给所述控制器单元，数据流转发的模式和流表定义分别如图2和图3所示。
进一步的，所述数据转发单元根据流表中的每个表项执行相应的动作，其中每个表项包含包头域、计数器、动作表。
进一步的，所述控制器单元通过无线链路(微波或激光)与地球控制中心和月面网络通信基础设施进行控制面信息交互，实现系统功率分配的计算处理单元，通过路径跟踪法，求得最优功率分配的数值。具体执行的算法步骤为：
步骤1：初始化变量Γ(0)，p(0)和α(0)，β(0)，η(0)，设定收敛阈值δ和最大迭代次数Tmax；
步骤2：计算迭代时刻t的信道占用的时分比例
Figure BDA0002882215320000112
步骤3：计算迭代时刻t的用户Uf分得的下行功率
Figure BDA0002882215320000113
步骤4：计算迭代时刻t的
Figure BDA0002882215320000114
的次梯度值；
步骤5：计算迭代时刻t的R(Γ，p)(W)；
步骤6：计算迭代时刻t的ηEE(Γ，p)(t)；
步骤7：当|ηEE(Γ，p)(t)-ηEE(Γ，p)(t-1)|＜δ时，迭代计算终止；否则，更新拉格朗日乘子，获得迭代时刻(t+1)的
Figure BDA0002882215320000121
递推公式如下：
Figure BDA0002882215320000122
Figure BDA0002882215320000123
Figure BDA0002882215320000124
步骤8：更新比例因子a(t)＝1/(t+1)；
步骤9：重复执行步骤2至步骤8。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，建立最大化系统能效的优化问题；
步骤B：基于流表的数据转发策略，月球空间站获得网络中各接入节点的信道增益信息；
步骤C：为了降低算法复杂度，将原整型规划问题转化为凸优化问题；
步骤D：通过路径跟踪法，获得最优解的功率分配策略。
2.根据权利要求1所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，其特征在于，步骤A包括如下步骤：
步骤A1：定义月球空间站网络系统子信道信干噪比，在月球空间站网络中，将飞船与航天员视为与空间站相连的用户，其组成集合为F，则个数为F＝|F|，假设月球空间站网络采用正交频分多址作为用户的多址接入方式，可用子信道数为N，信道带宽为¨f，定义用户Uf在信道n上的信干噪比为：
Figure FDA0002882215310000011
式中，
Figure FDA0002882215310000012
为空间站给Uf在信道n上分配的下行传输功率，
Figure FDA0002882215310000013
为空间站与Uf之间的信道增益，其他占用信道n的用户上行功率为
Figure FDA0002882215310000014
Figure FDA0002882215310000015
为Ui与Uf之间在信道n上的信道增益，同频干扰为
Figure FDA0002882215310000016
1R为噪声功率；
步骤A2：定义月球空间站网络系统能效，令
Figure FDA0002882215310000017
为子信道分配指示标记，当子信道n分配给Uf时，
Figure FDA0002882215310000018
否则，
Figure FDA0002882215310000019
通过适当的调制和编码方案，用户吞吐量与接收端的SINR之间存在映射关系，单个用户在各个子信道上获得的归一化传输速率为：
Figure FDA0002882215310000021
空间站总的下行传输速率为：
Figure FDA0002882215310000022
其中，Γ和S分别为由元素
Figure FDA0002882215310000023
和
Figure FDA0002882215310000024
组成的向量；
则空间站下行通信链路的能效为：
Figure FDA0002882215310000025
能效定义为单位能量所传输的信息位数，其量纲为bits/Joule，分母代表了空间站单位时间消耗的能量，为
Figure FDA0002882215310000026
其中，μI为发射端的功率放大器效率，
Figure FDA0002882215310000027
为空间站向Uf发送数据时，发射机和接收机的所有其他电路块中的固有消耗功率，包括混频器、滤波器、A/D和D/A转换器；
步骤A3：建立月球空间站系统能效最优化模型，考虑到分配给各个用户子信道上的最大干扰容限，在保证QoS同时，为了最大化系统整体的能效，建立整型规划模型：
Figure FDA0002882215310000028
Figure FDA0002882215310000029
Figure FDA00028822153100000210
Figure FDA00028822153100000211
Figure FDA00028822153100000212
Figure FDA00028822153100000213
Figure FDA00028822153100000214
其中，式(a)给出了目标函数，通过优化变量
Figure FDA00028822153100000215
和
Figure FDA00028822153100000216
从而最大化系统下行链路的通信能效；式(b)确保了每个接入网络中的用户所能获得的传输速率；式(c)和式(d)定义了子信道n上的下行功率
Figure FDA0002882215310000031
的范围；式(e)给出了在子信道n上第i个用户的干扰容限；式(f)表明任意一个子信道最多被一个用户占用；式(g)说明
Figure FDA0002882215310000032
是一个二值变量。
3.根据权利要求2所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，其特征在于，步骤C包括如下步骤：
将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，对非凸约束进行松弛，即转化为
Figure FDA0002882215310000033
此时，无线信道资源被分成时频资源块，通过时分方式进行复用，则步骤A3的优化问题可以转化为参数化的凸优化问题，即：
Figure FDA0002882215310000034
Figure FDA0002882215310000035
公式(b)-公式(g)
其中，比例系数θ≥0；
由此，通过将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，可以求得凸优化问题的最优解，即原问题的次优解，从而实现联合调度和功率分配。
4.根据权利要求3所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，其特征在于，步骤D包括如下步骤：
步骤D1：建立凸优化问题的对偶问题，由于步骤C中凸优化问题的目标函数F(θ)是关于变量
Figure FDA0002882215310000036
和
Figure FDA0002882215310000037
的凹函数，因此，可以通过求解此凸优化问题的对偶问题，从而获得步骤A3中原优化问题的可行解，步骤C中凸优化问题的拉格朗日函数为：
Figure FDA0002882215310000038
其中，变量
Figure FDA0002882215310000039
和
Figure FDA00028822153100000310
分别是与式(b)，式(c)和式(e)相关的拉格朗日乘子，则步骤C中凸优化问题的对偶问题为：
Figure FDA0002882215310000041
步骤D2：获得功率分配的最优解，由于拉格朗日函数L(ΓSαβη)是凹函数，因此可以通过对L(ΓSαβη)求偏导并取其零点，从而获得最优时分比例
Figure FDA0002882215310000042
和最优功率分配
Figure FDA0002882215310000043
即：
Figure FDA0002882215310000044
和
Figure FDA0002882215310000045
步骤D3：求得对偶变量的更新梯度，由于J(αβη)是可微的，可以采用梯度法更新对偶变量，其中拉格朗日乘子αI，βI和
Figure FDA0002882215310000046
的梯度分别为：
Figure FDA0002882215310000047
Figure FDA0002882215310000048
Figure FDA0002882215310000049
步骤D4：通过路径跟踪法求得凸优化问题的全局最优解，由于步骤C凸优化问题的目标函数和约束条件均为凸的，则可以通过路径跟踪法求得凸优化问题的全局最优解。
5.一种基于能效最优的月球空间站功率分配装置，其特征在于，包括接入单元、数据转发单元和控制器单元，其中：
所述接入单元与所述数据转发单元连接，用于负责网络节点的接入控制；
所述数据转发单元与所述接入单元和控制器单元连接，用于根据流表规则对数据流进行相应的处理；
所述控制器单元与所述数据转发单元连接，用于实现系统功率分配的计算处理单元。
6.根据权利要求5所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配装置，其特征在于，所述接入单元负责网络节点的接入控制，根据节点的接入请求信令信号，获的各节点的信道增益
Figure FDA0002882215310000051
通过所述数据转发单元上传给所述控制器单元。
7.根据权利要求5所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配装置，其特征在于，所述数据转发单元根据流表中的每个表项执行相应的动作，其中每个表项包含包头域、计数器、动作表。
8.根据权利要求5所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配装置，其特征在于，所述控制器单元通过无线链路与地球控制中心和月面网络通信基础设施进行控制面信息交互，实现系统功率分配的计算处理单元，通过路径跟踪法，求得最优功率分配的数值。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105813116A (zh) * 2016-04-15 2016-07-27 东南大学 一种最小化软件定义无线传感器网络能耗的方法
CN106209336A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 东南大学 一种软件定义移动网络中的资源分配方法
CN107708197A (zh) * 2017-10-19 2018-02-16 东南大学 一种高能效的异构网络用户接入和功率控制方法
CN110311723A (zh) * 2019-06-27 2019-10-08 上海航天测控通信研究所 基于定价策略的月球空间站通信系统计算资源分配方法
CN110708711A (zh) * 2019-10-10 2020-01-17 重庆邮电大学 基于非正交多址接入的异构携能通信网络资源分配方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105813116A (zh) * 2016-04-15 2016-07-27 东南大学 一种最小化软件定义无线传感器网络能耗的方法
CN106209336A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 东南大学 一种软件定义移动网络中的资源分配方法
CN107708197A (zh) * 2017-10-19 2018-02-16 东南大学 一种高能效的异构网络用户接入和功率控制方法
CN110311723A (zh) * 2019-06-27 2019-10-08 上海航天测控通信研究所 基于定价策略的月球空间站通信系统计算资源分配方法
CN110708711A (zh) * 2019-10-10 2020-01-17 重庆邮电大学 基于非正交多址接入的异构携能通信网络资源分配方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
章跃跃: "超密集网络中基于能效最优的资源分配算法", 《电信科学》 *
章跃跃: "软件定义无线网络中资源分配算法研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 *

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