Enerji edinimine dayalı işbirlikçi bilişsel ağın ortak kaynak tahsisi
Yang Lu, Huang Kai, Yang Pinzhang
(İletişim ve Bilgi Mühendisliği Okulu, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065)
Spektrum paylaşımı ve enerji toplama, bant genişliğini ve enerji verimliliğini iyileştirmek için en son teknolojilerdir ve kablosuz veri iletimi için sürekli artan gereksinimleri karşılar. İşbirlikçi bilişsel kablosuz ağda, bir hibrit erişim noktası tarafından sağlanan kablosuz enerjiye sahip ikincil bir kullanıcı sistemi, birincil kullanıcının verileri iletmesine yardımcı olur. Buna karşılık, ikincil kullanıcı, kendi verilerini bir zaman bölmeli çoklu erişim tarzında iletmek için spektrum erişim fırsatları elde eder. İkincil kullanıcı sisteminin verimini maksimize etmek için, ikincil sistemin optimum verimine sahip bir kaynak tahsis şeması önerilmektedir. Birincil sistemin temel performansını tatmin etme kısıtlaması altında, ikincil kullanıcıların katılımına göre en iyi ikincil kullanıcı seti seçilir ve zaman aralığı ve enerji birlikte SUS'a tahsis edilir.
İşbirlikçi Bilişsel Ağ; Spektrum Paylaşımı; Enerji Edinimi; Katılım; Kaynak Tahsisi
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN92
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.07.028
Çince alıntı biçimi: Yang Lu, Huang Kai, Yang Pinzhang.Enerji edinimine dayalı işbirlikçi bilişsel ağın ortak kaynak tahsisi.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (7): 110-113, 121.
İngilizce alıntı biçimi: Yang Lu, Huang Kai, Yang Pinzhang.Enerji edinimine dayalı işbirlikçi bilişsel radyo ağlarında ortak kaynak tahsisi.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (7): 110-113, 121.
0 Önsöz
Enerji edinimine dayalı işbirlikçi bir bilişsel radyo ağında, spektrum kaynakları olan yetkili sistem birincil sistem, birincil kullanıcının spektrum kaynaklarını paylaşan sistem ise ikincil sistem olarak adlandırılır. Şu anda, enerji hasadına dayalı işbirlikçi bilişsel iletişim gittikçe daha fazla ilgi görüyor. Literatür, tek bir kullanıcının (İkincil Kullanıcı, SU) en iyi kararını inceler. Birincisi, birincil kullanıcı (Birincil Kullanıcı, PU) doğrudan iletilir ve SU, SU'nun verimini en üst düzeye çıkarmak için PU'nun işbirliğine ve ardından iki yönteme göre SU'nun en iyi işbirliği stratejisini belirlemek için SU'nun optimize edilmiş verimi altında. Literatür, PU'nun temel performansını etkilemeden SU'nun verimini en üst düzeye çıkarmak için kedi grubu algoritmasını kullanır. PU ve SU'nun doymamış veri aktarım problemine göre, literatür bir kuyruk teorisi modeli oluşturur ve "olasılıklı işbirliği" stratejisinde SU'nun iletim olasılığını çözerek SU'nun hizmet oranını maksimize eder.
Mevcut çalışma ile karşılaştırıldığında ve yukarıdaki hususlara dayalı olarak, kablosuz enerji ediniminin işbirlikçi bilişsel ağında, bu makale ikincil kullanıcıların birincil kullanıcılara katkısına dayalı olarak zaman aralıklarını tahsis eder, böylece ikincil kullanıcıların coşkusunu harekete geçirir ve en iyi ikincil olanı seçer. Kullanıcılar, ikincil kullanıcı sisteminin verimini en üst düzeye çıkarmak için kaynakları toplar ve tahsis eder.
1 Sistem modeli ve sorun açıklaması
1.1 Sistem modeli
Sistem yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir. Bu ağda, ikincil kullanıcılar yeterli enerjiye sahip bir hibrit erişim noktası (HAP) tarafından desteklenmektedir. İkincil kullanıcı (SU) birincil kullanıcıya (PT-PR) bilgi aktarımı için yardımcı olur, karşılığında ikincil kullanıcı kendi verilerini iletmek için belirli bir iletim süresi elde edebilir. Sistemin kare zaman aralığı Şekil 2'de gösterilmektedir. Toplam zaman aralığı T'dir ve dört aşamaya bölünmüştür:
(1) Aşama I: Ana bağlantı doğrudan iletildiğinde, SUS, veri iletimi için HAP tarafından yayınlanan radyo frekansı sinyalinden enerji alır ve zaman aralığı te'dir;
1.2 Sorun açıklaması
T zaman aralığının tamamında, birincil kullanıcı en temel Rp oranını karşılar:
SUS tarafından tüketilen enerji, elde edilen enerjiden daha azdır, bu nedenle her SUi aşağıdaki koşulları karşılar:
Denklem (4) 'den görülebileceği gibi, ikincil kullanıcı sisteminin birincil kullanıcı oranına katkısı hipPip'ten etkilendiğinden, ikincil kullanıcıların heyecanını birincil kullanıcılarla işbirliği yapmak üzere harekete geçirmek için ikincil kullanıcıların erişim süresi, her ikincil kullanıcının katkısına bağlı olabilir. dağıtım:
Formül (6) ve formül (8) 'deki iki kısıtlamadaki iki optimizasyon değişkeninin karşılıklı olarak bağlanması ve SD'nin belirsizliği nedeniyle, formül (10) problemi doğrudan mevcut dışbükey optimizasyon algoritmasıyla çözülemez. Bu sorunu etkili bir şekilde çözmek için formül (6) şuna dönüştürülebilir:
Bu şekilde işbirliğine katılan SUS belirlendikten ve belirlendikten sonra problem (10), bir dışbükey optimizasyon problemi olan (13) 'e dönüştürülebilir.Basitlik için T 1'e ayarlanabilir:
2 Optimizasyon sorunu
2.1 Problemin çözümü (13) -global değişken optimizasyonu
| SD | = N olsun ve eleman boyutlarını hps = azalan sırada düzenleyin. İşlem, Algoritma 1'e göre yürütülür.
Algoritma 1:
2.2 Verilen bir SD için problemin optimizasyonu (13)
(1) Önce te ve değişmeden kaldıktan sonra ('nin optimize edilmiş tanımı), problem (13) 2 alt probleme dönüştürülür: S1-sabit (t0) (Esh, Esp) enerji dağılımı ve S2-sabit (Esh, Esp) altındaki (t0) 'ın zaman dilimi tahsisi sırasıyla;
S1 ve S2, Carlo Need-Kuhn-Tucker (KKT) koşulunu sağlayan dışbükey optimizasyon problemleridir ve optimum zaman ve enerji tahsisi, ikili problemlerini çözerek elde edilebilir.
S1'in Lagrange fonksiyonu:
Daha sonra SUi (i = 1, 2, ..., N) için denklemler (16) ve (18) çözülür ve optimum kaynak tahsis denklemi aşağıdaki gibidir:
İspat: L1'in (Eih, Eip) 'e göre kısmi türevini ve (t0)' a göre L2'yi bulun, kısmi türevi 0'a eşit olsun ve eklem elde edilebilir.
(2) Sonra, te'nin gradyanını güncelleyin ve te'nin gradyan işlevi:
Burada m, yineleme sayısıdır.
Algoritma 2:
3 Simülasyon sonuçları
3.1 Simülasyon parametre ayarı
Bu makale, yukarıdakilerin rasyonalitesini doğrulamak için MATLAB'ı simüle etmek için kullanır. Simülasyonda, PT, PR ve HAP arasındaki bağlantı 50 m mesafeli bir eşkenar üçgen oluşturur.SUS, merkezde HAP ve r = 10 m olan bir daireye rastgele dağıtılır. İ kullanıcısı ve j kullanıcısı arasındaki bağlantının anlık kanal güç kazancı, kanalın Rayleigh sönümlemesine uyduğunu, Pp'nin 20 dBm olduğunu, enerji dönüşüm katsayısının n'nin 0.5 olduğunu ve gürültü gücünün N0 -60 dBm olduğunu gösterir.
3.2 Simülasyon sonuçlarının analizi
Şekil 3, Rp ve Rs toplamı arasındaki ilişkiyi simüle etmektedir.Şekilden, aynı Rp koşulu altında, bu makaledeki ikincil kullanıcılara ulaşma oranının literatürdekinden daha yüksek olduğu ve N ne kadar büyükse, o kadar belirgin olduğu görülmektedir. Bunun nedeni, literatürün kaynak tahsisinde, ikincil sistemdeki ikincil kullanıcıların kendi kaynak bilgilerini yanlış bir şekilde rapor etmeleridir, bu da işbirliğine katılmak için kötü kanal koşullarına sahip ikincil kullanıcıları seçme olasılığına yol açarak eşit olmayan kaynak tahsisine neden olur. Bu yazıda öncelikle kanalın kalitesine göre kanal koşullarını düzenliyor, ardından ikincil kullanıcının katkısına göre kaynakları ayırarak birincil kullanıcıya yardımcı oluyor, ikincil kullanıcının yanlış raporlama davranışını etkin bir şekilde önleyerek ikincil kullanıcının sistem oranını literatüre göre daha etkin bir şekilde artırıyoruz. . Rp 3, Rs'ye ulaştığında, toplam 0'a yaklaşır. Bunun nedeni, birincil kullanıcının iletim gereksinimlerini karşılamak için ikincil kullanıcının sistem kaynaklarının esas olarak işbirliği aşamasında tüketilmesidir.
Şekil 4, Rp ve 2t0 arasındaki ilişkiyi simüle etmektedir. Aynı N altında Rp'nin artmasıyla ikincil kullanıcı sisteminin röle için daha uzun zaman aldığı görülebilir; ancak aynı Rp altında, N ne kadar büyükse, karşılık gelen röle süresi azalacaktır. Bunun nedeni, daha fazla kullanıcı katılımının olmasıdır. Bu makaledeki röle süresi literatürdekinden daha düşüktür çünkü kaynakların ikincil kullanıcıların yardım derecesine göre tahsis edilmesi, ikincil kullanıcıların işbirliği için coşkusunu artırarak geçiş süresinden tasarruf sağlar.
Şekil 5, Rp ve ta arasındaki ilişkiyi simüle etmektedir.Belirli bir Rp aralığında, ikincil kullanıcı sistemi tarafından bu makalede elde edilen toplam geri dönüş süresi ta literatürdekinden daha büyük olduğu görülmektedir.Bu da Şekil 3'e karşılık gelmektedir. Kullanıcıların geçişe katılma süresi kısalır ve ikincil kullanıcılar daha fazla ödül alır.
4. Sonuç
Bu makale, modellemesini enerji hasadı işbirliğine dayalı bilişsel ağına dayanarak analiz eder.İkincil kullanıcılar, ikincil kullanıcıların katılma hevesini artıran birincil kullanıcı hizmetinin işbirliği derecesi aracılığıyla kendi iletim fırsatlarını elde eder. Son olarak, simülasyon sonuçları, bu planın ikincil kullanıcı sisteminin verimini daha iyi iyileştirebileceğini kanıtlamaktadır.
Referanslar
YIN S, ZHANG E, QU Z, ve diğerleri.Enerji hasadı ile bilişsel aktarma ağlarında optimum işbirliği stratejisi.Kablosuz İletişimde IEEE İşlemleri, 2014, 13 (13): 4693-4707.
Gao Hongyuan, EJAZ W. 5G ağlarında kooperatif kablosuz enerji hasadı ve spektrum paylaşımı IEEE Access, 2016, 4 (6): 3647-3658.
Kuo Yonghong, He Bingtao, Chen Jian.Enerji taşıyan iletişim ve işbirlikçi bilişsel ağların kararlı durum veriminin analizi ve optimizasyonu. Journal of Xidian University, 2016, 43 (6): 1-7.
THOMAS L C. Wijngaard-stidham ikiye bölme yöntemi ve ikame modelleri IEEE Güvenilirlik İşlemleri, 1982, 31 (5): 482-484.
SAMI M, NOORDIN N K, KHABAZIAN M.A Fırsatçı enerji hasadı ile bilişsel ağlar için TDMA tabanlı işbirliğine dayalı MAC protokolü.IEEE Communications Letters, 2016, 20 (4): 808-811.
-
- Ultra yoğun ağlarda küçük ve orta büyüklükteki hücreler için küme ve alt taşıyıcı tahsis algoritması
