CN116647462B

CN116647462B - 一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法

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Publication number: CN116647462B
Application number: CN202310896551.XA
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名; 杨以杰; 杨振亚
Original assignee: Pera Corp Ltd
Current assignee: Pera Corp Ltd
Priority date: 2023-07-21
Filing date: 2023-07-21
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2043-07-21
Also published as: CN116647462A

Abstract

本发明涉及一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，属于资源调度技术领域，解决了现有用户分布不均匀情况下的资源重复使用问题。该方法包括：将网络实体映射成数字孪生体系统，获取数字孪生体系统中的所有用户和资源；根据每一用户的位置坐标，将满足共圆条件的用户划分到同一服务区域，得到数字孪生体系统中的所有服务区域；根据每一服务区域与其他服务区域之间的距离关系、以及每一服务区域中的所有用户的承载数据量需求，为每一服务区域分配若干种资源；根据数字孪生体系统中为每一服务区域分配的若干种资源、以及每一服务区域的信号功率，得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量。

Description

一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法

技术领域

本发明涉及资源调度技术领域，尤其涉及一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法。

背景技术

近年来，随着互联网和移动互联网的发展成熟，社交和娱乐领域的线上和虚拟应用场景越来越丰富。人们的生活越来越依赖线上交流，推动数字孪生、人工智能、大数据、虚拟现实等相关技术快速发展。另一方面，国家通过产业和工业数字化转型，对国民经济重要行业进行数字化升级改造，数字孪生技术赋能工业，使得无论在技术迭代还是综合管理方面，都将向着更高效更丰富的方面发展。

因此，数字资源组成的虚拟世界将在未来几十年内迅速扩张，各行业各类应用的数字孪生体将不断产生，而基于计算机、网络和通信技术的数字资源是有限的，这就对数字资源的综合高效利用提出了更高要求。

同时，各行业各类应用的数字孪生体共享资源情况下，在不产生相互干扰的前提下进行资源重复使用，是高效利用资源的一种解决办法。而且各种应用的资源需求动态变化，采取面向用户需求进行资源重复使用，既保证承载数据量满足数字孪生体系统的资源需求，又能避免重复使用的资源之间产生干扰的权衡策略是可行的解决途径。

数字孪生体系统在模拟物理世界系统进行数据传输过程中，如果相邻每个服务区域都可以使用全部的数据传输资源，那么服务区域之间将存在较大的干扰，因此在进行数据传输时能够使用的功率较低，导致承载的数据量较低。

在传统的资源重复使用方案中，相邻的服务区域使用不同的资源，间隔较远的服务区域（在满足一定的干扰门限前提下）可以使用相同的资源。虽然每个服务区域能够利用的资源有所减少，但是服务区域之间的干扰也会降低，因此在进行数据传输时可以使用较高功率，从而可以增加承载的数据量。这样就可以通过增大数据传输功率来弥补可用资源减少带来的承载数据量损失。这对于整个数字孪生体系统来说，可以实现总承载数据量的提升。

现有的资源重复使用方案大多是由传统的资源重复使用方案演变而来的，这些方案的缺点如下：假设用户是均匀分布的，相应的服务区域也是均匀分布的，与实际物理世界系统中按照用户随机分布和业务分布确定服务区域分布的方式存在很大差别；资源重复使用的距离是固定的；每个服务区域能使用的资源数目是固定的。而在实际物理世界中，由于用户分布不均匀，相应的服务区域的分布是非均匀，同时，服务区域分布的稀疏区域和密集区域对资源重复使用的距离的要求是不一样的。另一方面，在服务区域分布密集的区域，因为服务区域之间的距离较小，相邻服务区域间干扰较大，所以每个服务区域可使用的资源数目较少；相反，在服务区域分布稀疏的区域，每个服务区域可使用的资源数目较多。

因此，如何实现用户分布不均匀情况下的资源重复使用，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，用以解决现有用户分布不均匀情况下的资源重复使用问题。

本发明提供了一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，包括：

将网络实体映射成数字孪生体系统，获取数字孪生体系统中的所有用户和资源；

根据数字孪生体系统中的每一用户的位置坐标，将满足共圆条件的用户划分到同一服务区域，得到数字孪生体系统中的所有服务区域；

根据数字孪生体系统中的每一服务区域与其他服务区域之间的距离关系、以及每一服务区域中的所有用户的承载数据量需求，为每一服务区域分配若干种资源；

根据数字孪生体系统中为每一服务区域分配的若干种资源、以及每一服务区域的信号功率，得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量。

在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，所述得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量，包括：

根据数字孪生体系统中为每一服务区域分配的资源，构建资源分配矩阵；

根据每一服务区域接收到的来自本身服务区域的信号功率和来自数字孪生体系统中其他服务区域的信号功率，构建功率矩阵；

根据所述资源分配矩阵和功率矩阵，得到每个服务区域在其分配的每一种资源上的信号噪声之比，形成信噪比矩阵；

根据所述信噪比矩阵，并考虑通信带宽，得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量。

进一步，所述资源分配矩阵表示为：

（1）

其中，表示服务区域/>中第/>种资源的分配情况；当/>时，表示为服务区域/>分配了第/>种资源；当/>时，表示没有为服务区域/>分配第/>种资源；其中，，/>；/>表示各种资源的总数，/>表示服务区域的总数。

进一步，所述功率矩阵表示为：

（2）

其中，表示服务区域/>的用户接收到的来自服务区域/>的信号功率，，/>；当/>时，/>表示服务区域/>的用户接收到的来自本身服务区域的信号功率。

进一步，所述信噪比矩阵表示为：

（3）

其中，表示服务区域/>中第/>种资源的信噪比，/>。

进一步，服务区域的承载数据量矩阵表示为：

（4）

其中，表示服务区域/>在第/>种资源上面所提供的承载数据量，，/>表示通信带宽；

其中，所述数字孪生体系统中的服务区域与相应网络实体中的服务区域一一映射。

进一步，所述得到数字孪生体系统中的所有服务区域，包括：

以每个用户的位置坐标为圆心、以服务半径为半径画圆，将满足共圆条件的用户划分到同一服务区域；

并将每一不满足共圆条件的用户单独划分到一个服务区域；

对划分得到的服务区域进行汇总，得到数字孪生体系统中的所有服务区域；

其中，所有服务区域的服务半径相同；通过调节所述服务半径的大小，使得划分得到的服务区域的总数大于各种资源的总数。

进一步，所述共圆条件为：两个及以上的圆的圆心被另一个相同半径的圆覆盖。

进一步，所述为每一服务区域分配若干种资源，包括：

根据数字孪生体系统中的每一服务区域与其他服务区域之间的距离关系，为每一服务区域分配一种资源；

根据每一服务区域中的所有用户的承载数据量需求，将相应服务区域划分成若干个子服务区域；

将为每一服务区域分配的一种资源作为相应服务区域中一个子服务区域分配的资源；对于每一服务区域中的剩余子服务区域，以满足相应服务区域中的所有用户的承载数据量需求为原则，为每一子服务区域分配相应的资源；其中，同一服务区域中不同子服务区域之间分配的资源不同；

汇总为每一服务区域中的若干个子服务区域分配的资源，得到为每一服务区域分配的若干种资源。

进一步，所述为每一服务区域分配一种资源，包括：

将每一个服务区域与其它服务区域之间的距离之和按照从小到大的顺序进行排序，并将所有服务区域按照排序顺序从1开始依次增序编号；

按照编号由小到大的顺序依次对服务区域进行资源分配；其中：

为服务区域1到服务区域分别对应分配第1种到第/>种不同的资源；/>表示各种资源的总数；

对于服务区域，将已分配资源的/>个服务区域中距离服务区域/>最远的服务区域分配的资源，分配给服务区域/>；

当服务区域的总数时，对于服务区域/>，按照与服务区域距离由近及远的顺序，对前/>个服务区域所分配的资源逐个进行统计，当统计到的服务区域囊括了/>种不同的资源时，停止统计；服务区域/>与最后一个统计到的服务区域分配的资源保持一致；

其中，为整数，且/>依次取值2到/>。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

本发明提供的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，以实际物理世界的不均匀分布的用户位置分布为基础，利用共圆条件进行服务区域的划分，使得划分服务区域有密集和稀疏之别。同时，为了降低干扰、并提升数据承载能力，提出了对服务区域进行了再划分、进一步重复使用资源的方案，最终实现服务区域对不同资源的定性（资源种类）、定量（每一种资源上面所提供的承载数据量）使用。

此外，上述方法的实施过程更接近实际物理实体中的多个用户不均匀分布的场景，适用性较强，很好地解决现有用户分布不均匀情况下的资源重复使用问题。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；

图1为针对用户不均匀分布的资源重复使用方法的流程图；

图2为共圆条件的示意图；

图3为用户不均匀分布情况下的用户位置分布示意图；

图4为处理图3中的用户分布所得的数字孪生体系统中的所有服务区域的覆盖方案示意图；

图5为四种资源重复使用方案的示意图；

图6为处理图4中服务区域覆盖方案所得的资源重复使用分配图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1：将网络实体映射成数字孪生体系统，获取数字孪生体系统中的所有用户和资源。

在本实施例中，网络实体由多个不均匀分布的用户组成，因此，需要根据用户的分布情况确定每一服务区域的覆盖范围，并为每一用户所在的服务区域分配相应的资源，以供相应服务区域中的用户使用。在网络实体映射成数字孪生体系统的过程中，将网络实体中的用户映射成数字孪生体系统中的用户，将网络实体中的资源映射成数字孪生体系统中的资源。

步骤S2：根据数字孪生体系统中的每一用户的位置坐标，将满足共圆条件的用户划分到同一服务区域，得到数字孪生体系统中的所有服务区域。

具体地，步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：以每个用户的位置坐标为圆心、以服务半径为半径画圆，将满足共圆条件的用户划分到同一服务区域。

共圆条件为：两个及以上的圆的圆心被另一个相同半径的圆覆盖。共圆条件的示意图如图2所示。在图2中，以A为圆心的圆与以B为圆心的圆的半径均为R，且圆心A和圆心B同时被圆心为C、半径为R的圆覆盖，因此，以A为圆心的圆和以B为圆心的圆满足共圆条件。

步骤S22：并将每一不满足共圆条件的用户单独划分到一个服务区域。

步骤S23：对划分得到的服务区域进行汇总，得到数字孪生体系统中的所有服务区域。

在步骤S2中，所有服务区域的服务半径相同；通过调节服务半径的大小，使得划分得到的服务区域的总数大于各种资源的总数。此外，在具体实施过程中，还可以同时限定服务区域总数的上限和下限，通过调节服务半径的大小，使得划分得到的服务区域的总数同时满足服务区域总数的上限和下限的要求。

示例性地，用户不均匀分布情况下的用户位置分布示意图如图3所示，通过执行步骤S2，得到的数字孪生体系统中的所有服务区域的覆盖方案示意图如图4所示。由图4可知，由于用户位置分布不均匀，服务区域分为密集区和稀疏区。

步骤S3：根据数字孪生体系统中的每一服务区域与其他服务区域之间的距离关系、以及每一服务区域中的所有用户的承载数据量需求，为每一服务区域分配若干种资源。

具体地，步骤S3执行以下操作：

步骤S31：根据数字孪生体系统中的每一服务区域与其他服务区域之间的距离关系，为每一服务区域分配一种资源。

在根据具体的用户分布及服务区域覆盖方案对多个服务区域的数字孪生体系统进行资源重复使用时，复用原则为使系统的容量尽量大，服务区域之间的干扰尽量小。因为服务区域受到的干扰大小与其和其它使用相同资源的服务区域之间的距离有关，所以进行资源分配的时候，尽量让使用相同资源的服务区域距离最大。在本实施例中，按照如下方式实现资源分配：

步骤S311：将每一个服务区域与其它服务区域之间的距离之和按照从小到大的顺序进行排序，并将所有服务区域按照排序顺序从1开始依次增序编号；如此，会使密集的服务区域编号较小。

步骤S312：按照编号由小到大的顺序依次对服务区域进行资源分配；其中：

（1）为服务区域1到服务区域分别对应分配第1种到第/>种不同的资源；/>表示各种资源的总数。即，给编号为1到/>的服务区域对应分配/>种不同的资源。

（2）对于服务区域，为了使服务区域之间的干扰最小，将已分配资源的/>个服务区域中距离服务区域/>最远的服务区域分配的资源，分配给服务区域/>。即，在已分配资源的/>个服务区域中找出与服务区域/>距离最远的服务区域，并给服务区域/>分配与其相同的资源。

（3）当服务区域的总数时，对于服务区域/>，按照与服务区域距离由近及远的顺序，对前/>个服务区域所分配的资源逐个进行统计，当统计到的服务区域囊括了/>种不同的资源时，停止统计；服务区域/>与最后一个统计到的服务区域分配的资源保持一致；

其中，为整数，且/>依次取值2到/>。

示例性地，当对服务区域进行资源分配时，首先对前/>个服务区域所分配的资源逐个进行统计，统计原则为：与服务区域/>距离近的优先统计；当统计到的服务区域囊括了全部的/>种不同资源时停止统计。然后让服务区域/>与最后一个统计到的服务区域资源一致。当对服务区域/>以及之后的服务区域进行资源分配时，分配原则与服务区域/>相同。

为了更直观地描述步骤S31中的资源分配方案，接下来将以为例，对资源的重复使用方案进行说明，四种资源重复使用方案的示意图如图5所示。

首先，为服务区域1到4分配了四种不同的资源。然后，在对服务区域5进行资源分配时，因为其距离服务区域1最远，所以分配给它与服务区域1相同的资源。接下来，在对服务区域6进行资源分配的时候，按照距离服务区域6由近及远的顺序，统计已分配给服务区域1到5的资源，顺序为：服务区域5，3，4，2，1。结果发现当统计到服务区域2的时候，已统计的服务区域已包括了全部的种资源，所以分配给服务区域6的资源与服务区域2相同。以同样的方式可以得到服务区域7的资源为与服务区域3相同。以上方法迭代执行，可得处理图4中服务区域覆盖方案的资源重复使用分配图，如图6所示。

虽然在以上资源重复使用分配过程中，相同资源之间较大的距离使得服务区域之间的干扰较小，但是这也使每个服务区域能够承载的数据量不会太大，从而限制了系统总的承载数据量。因为在信号功率一定的条件下，服务区域所承载的数据量的提升需要依靠资源量的增加。所以，在本实施例中，在步骤S31执行完之后，还在系统的干扰容限内，适当地缩小相同资源能够重复使用的距离，将单个服务区域划分成多个子区域，分别使用不同的资源。具体实现过程参见步骤S32。

步骤S32：根据每一服务区域中的所有用户的承载数据量需求，将相应服务区域划分成若干个子服务区域。

示例性地，每个服务区域中所有用户的承载数据量需求之和在归一化后均在0和1之间，在信号功率相同的情况下，用户的承载数据量需求之和越接近1，其所对应的服务区域需要的子服务区域的频带越多。以四种资源重复使用为例，用户的承载数据量需求与对应服务区域所需要子区域个数的关系如表1所示，其中，表示服务区域中所有用户的承载数据量需求。

表1 用户承载数据量需求与服务区域划分的子服务区域个数的关系

步骤S33：将为每一服务区域分配的一种资源作为相应服务区域中一个子服务区域分配的资源；对于每一服务区域中的剩余子服务区域，以满足相应服务区域中的所有用户的承载数据量需求为原则，为每一子服务区域分配相应的资源。其中，同一服务区域中不同子服务区域之间分配的资源不同。同时，不同的资源承载数据量不同。

具体实施过程中，当只考虑用户的承载数据量需求时，很多相邻服务区域使用了相同的资源，它们之间可能存在较大的干扰，这就使得系统的数据传输质量下降。在这种资源分配情况下，可以仿真得出每个服务区域的信号和非信号成分之比。若相当多的服务区域的信号和非信号成分之比较小，严重影响了服务区域内用户的正常数据传输。为了解决这个问题，需要在相应服务区域中的所有用户的承载数据量需求的基础上，以满足服务区域的信号和非信号成分之比大于一定阈值为约束，减少一部分服务区域的所能分配到的资源，从而使距离非常近的服务区域不占用相同的资源，减少服务区域间的干扰。

步骤S34：汇总为每一服务区域中的若干个子服务区域分配的资源，得到为每一服务区域分配的若干种资源。

步骤S4：根据数字孪生体系统中为每一服务区域分配的若干种资源、以及每一服务区域的信号功率，得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量。

具体地，步骤S4执行以下操作：

步骤S41：根据数字孪生体系统中为每一服务区域分配的资源，构建资源分配矩阵。

所述资源分配矩阵表示为：

（1）

步骤S42：根据每一服务区域接收到的来自本身服务区域的信号功率和来自数字孪生体系统中其他服务区域的信号功率，构建功率矩阵。

所述功率矩阵表示为：

（2）

步骤S43：根据所述资源分配矩阵和功率矩阵，得到每个服务区域在其分配的每一种资源上的信号噪声之比，形成信噪比矩阵。

所述信噪比矩阵表示为：

（3）

其中，表示服务区域/>中第/>种资源的信噪比，这里的信噪比，即信号和非信号成分（干扰和/或噪声）之间的比值，/>。

步骤S44：根据所述信噪比矩阵，并考虑通信带宽，得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量。

服务区域的承载数据量矩阵表示为：

（4）

其中，表示服务区域/>在第/>种资源上面所提供的承载数据量，，/>表示通信带宽。

需要说明的是，在本实施例中，数字孪生体系统中的服务区域与相应网络实体中的服务区域一一映射。因此，步骤S44中计算所得的服务区域的承载数据量矩阵中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量可直接作为相应网络实体的相应指征。

此外，将服务区域的承载数据量矩阵的第/>列元素进行求和，得到的结果为服务区域/>在所有资源上面所提供的承载数据量之和，即服务区域/>的总承载数据量；将服务区域的承载数据量矩阵/>的第/>行元素进行求和，得到的结果为资源/>所提供的总承载数据量。将服务区域的承载数据量矩阵/>中所有元素求和，即可得到数字孪生体系统在整个所用资源的总承载数据量。不同的资源分配方式对应了不同的/>矩阵，这就导致了承载数据量矩阵/>的不同，从而使得系统的总承载数据量不同。

具体实施过程中，一个服务区域被划分为多个子服务区域，并可以分别使用不同的资源，因此，大部分的服务区域能利用的资源变大，这些服务区域的承载数据量也会变大，最终导致系统的总承载数据量增大。虽然子服务区域的划分一定程度上会使得服务区域之间的干扰值变大，但是这些干扰值增长的幅度很小，对服务区域的整体性能的影响较小。

综上所述，本实施例提供的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，以实际物理世界的不均匀分布的用户位置分布为基础，利用共圆条件进行服务区域的划分，使得划分服务区域有密集和稀疏之别。同时，为了降低干扰、并提升数据承载能力，提出了对服务区域进行了再划分、进一步重复使用资源的方案，最终实现服务区域对不同资源的定性（资源种类）、定量（每一种资源上面所提供的承载数据量）使用。

上述方法的实施过程更接近实际物理实体中的多个用户不均匀分布的场景，适用性较强，很好地解决现有用户分布不均匀情况下的资源重复使用问题。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

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。

Claims

1.一种针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，包括：

根据数字孪生体系统中的每一用户的位置坐标，将满足共圆条件的用户划分到同一服务区域，得到数字孪生体系统中的所有服务区域；以每个用户的位置坐标为圆心、以服务半径为半径画圆，将满足共圆条件的用户划分到同一服务区域；所述共圆条件为：两个及以上的圆的圆心被另一个相同半径的圆覆盖；

根据数字孪生体系统中为每一服务区域分配的若干种资源、以及每一服务区域的信号功率，得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量；

所述得到相应网络实体中每一服务区域在其分配的每一种资源上面所提供的承载数据量，包括：

2.根据权利要求1所述的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，所述资源分配矩阵表示为：

（1）

其中，表示服务区域/>中第/>种资源的分配情况；当/>时，表示为服务区域分配了第/>种资源；当/>时，表示没有为服务区域/>分配第/>种资源；其中，，/>；/>表示各种资源的总数，/>表示服务区域的总数。

3.根据权利要求2所述的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，所述功率矩阵表示为：

（2）

其中，表示服务区域/>的用户接收到的来自服务区域/>的信号功率，/>，；当/>时，/>表示服务区域/>的用户接收到的来自本身服务区域的信号功率。

4.根据权利要求3所述的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，所述信噪比矩阵表示为：

（3）

其中，表示服务区域/>中第/>种资源的信噪比，/>。

5.根据权利要求4所述的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，服务区域的承载数据量矩阵表示为：

（4）

6.根据权利要求1-5中任一项所述的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，所述得到数字孪生体系统中的所有服务区域，还包括：

将每一不满足共圆条件的用户单独划分到一个服务区域；

7.根据权利要求6所述的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，所述为每一服务区域分配若干种资源，包括：

8.根据权利要求7所述的针对用户不均匀分布的资源重复使用方法，其特征在于，所述为每一服务区域分配一种资源，包括：

当服务区域的总数时，对于服务区域/>，按照与服务区域/>距离由近及远的顺序，对前/>个服务区域所分配的资源逐个进行统计，当统计到的服务区域囊括了/>种不同的资源时，停止统计；服务区域/>与最后一个统计到的服务区域分配的资源保持一致；

其中，为整数，且/>依次取值2到/>。