基于SWIPT的多用戶雙向中繼協(xié)作系統(tǒng)資源分配算法研究
發(fā)布時(shí)間：2021-11-06 03:33
在雙向中繼協(xié)作系統(tǒng)中,隨著用戶數(shù)和中繼數(shù)量增加,節(jié)點(diǎn)間的傳輸干擾成為影響系統(tǒng)性能的不可忽略因素,如何考慮節(jié)點(diǎn)間傳輸干擾并設(shè)計(jì)合理的資源分配算法是提升性能的關(guān)鍵。對此設(shè)計(jì)一種實(shí)現(xiàn)簡單、復(fù)雜度相對較低、可擴(kuò)展性好的避免干擾資源分配算法RABST（Resource Allocation based on SWIPT and TDMA）�？紤]了中繼節(jié)點(diǎn)能量和信息的分配比例、傳輸功率等資源的分配,以及多用戶的鏈路資源來提高鏈路的總傳輸速率和利用率。將RABST建模成優(yōu)化問題并求解,優(yōu)化了系統(tǒng)的資源分配并最大化了系統(tǒng)吞吐量。仿真實(shí)驗(yàn)證明了RABST可以有效地增大系統(tǒng)吞吐量。
【文章來源】：計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件. 2020,37(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
多用戶多中繼雙向中繼協(xié)作模型
首先,設(shè)置需要信息交換的源節(jié)點(diǎn)對8對,中繼節(jié)點(diǎn)4個(gè),圖2展示了隨著時(shí)槽的增加,系統(tǒng)吞吐量的變化。RABST資源分配算法與Zhang等[5]提出的資源分配算法相比,系統(tǒng)吞吐量提升了18.64%。由于RABST資源分配算法允許在一個(gè)時(shí)槽中不只有一個(gè)源-中繼-源這三個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸,在優(yōu)化過程中,考慮了同一時(shí)槽多個(gè)傳輸不沖突的節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸?shù)那闆r,使得在每個(gè)時(shí)槽中鏈路的信息量增大,吞吐量提升。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在第一個(gè)時(shí)槽兩個(gè)方案擁有一樣的吞吐量,是因?yàn)樵摃r(shí)槽選定的鏈路與Zhang等資源分配方案的相同,又同時(shí)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始,因此在第一時(shí)槽時(shí)吞吐量相等。其次,源節(jié)點(diǎn)數(shù)量不變,通過改變中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量,來改變節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系和鏈路數(shù)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量被設(shè)置為2～10個(gè)。如圖3所示,反映了不同中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,本文提出的RABST算法與Zhang等資源分配算法導(dǎo)致的系統(tǒng)吞吐量變化。可以發(fā)現(xiàn)隨著中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增多,多個(gè)中繼可以協(xié)助源節(jié)點(diǎn)傳輸更多的數(shù)據(jù),因此系統(tǒng)吞吐量增大。除此之外,隨著中繼數(shù)量的增多,兩種資源分配方案所得到的系統(tǒng)吞吐量差值越來越大,這是由于在中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少時(shí),在同一個(gè)時(shí)隙中同時(shí)傳輸?shù)逆溌窋?shù)量及其有限,極端情況為僅有一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的情況,系統(tǒng)中將不存在同時(shí)傳輸?shù)亩噫溌?每次只能允許一條鏈路傳輸數(shù)據(jù),此時(shí)RABST算法與Zhang等資源分配算法有著相同的系統(tǒng)性能。隨著中繼節(jié)點(diǎn)增多,可用鏈路增多,RABST算法允許在每個(gè)時(shí)隙傳輸多條鏈路且對每條鏈路上的資源進(jìn)行了優(yōu)化分配,使得RABST算法在多用戶多中繼協(xié)作雙向系統(tǒng)中吞吐量優(yōu)于Zhang等資源分配算法獲得的系統(tǒng)吞吐量。
最后,按照圖2的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置,描繪了本文提出的基于SWIPT的多用戶多中繼雙向中級協(xié)作資源分配算法的應(yīng)用情況,如圖4所示。在該算法中結(jié)合了中繼節(jié)點(diǎn)的能量、信息、時(shí)間以及鏈路流量等資源的分配,并將該算法建模成優(yōu)化問題,運(yùn)行該算法即是得到優(yōu)化問題的解,由于有非凸約束的存在,本文采用了塊坐標(biāo)下降法,通過松弛變量和固定變量一次求解的辦法來求得系統(tǒng)局部最優(yōu)資源分配方案。通過圖4可說明本文提出的RABST資源分配算法是收斂的。4 結(jié) 語
本文編號：3479083
【文章來源】：計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件. 2020,37(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
多用戶多中繼雙向中繼協(xié)作模型
首先,設(shè)置需要信息交換的源節(jié)點(diǎn)對8對,中繼節(jié)點(diǎn)4個(gè),圖2展示了隨著時(shí)槽的增加,系統(tǒng)吞吐量的變化。RABST資源分配算法與Zhang等[5]提出的資源分配算法相比,系統(tǒng)吞吐量提升了18.64%。由于RABST資源分配算法允許在一個(gè)時(shí)槽中不只有一個(gè)源-中繼-源這三個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸,在優(yōu)化過程中,考慮了同一時(shí)槽多個(gè)傳輸不沖突的節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸?shù)那闆r,使得在每個(gè)時(shí)槽中鏈路的信息量增大,吞吐量提升。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在第一個(gè)時(shí)槽兩個(gè)方案擁有一樣的吞吐量,是因?yàn)樵摃r(shí)槽選定的鏈路與Zhang等資源分配方案的相同,又同時(shí)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始,因此在第一時(shí)槽時(shí)吞吐量相等。其次,源節(jié)點(diǎn)數(shù)量不變,通過改變中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量,來改變節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系和鏈路數(shù)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其中中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量被設(shè)置為2～10個(gè)。如圖3所示,反映了不同中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量下,本文提出的RABST算法與Zhang等資源分配算法導(dǎo)致的系統(tǒng)吞吐量變化。可以發(fā)現(xiàn)隨著中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增多,多個(gè)中繼可以協(xié)助源節(jié)點(diǎn)傳輸更多的數(shù)據(jù),因此系統(tǒng)吞吐量增大。除此之外,隨著中繼數(shù)量的增多,兩種資源分配方案所得到的系統(tǒng)吞吐量差值越來越大,這是由于在中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少時(shí),在同一個(gè)時(shí)隙中同時(shí)傳輸?shù)逆溌窋?shù)量及其有限,極端情況為僅有一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的情況,系統(tǒng)中將不存在同時(shí)傳輸?shù)亩噫溌?每次只能允許一條鏈路傳輸數(shù)據(jù),此時(shí)RABST算法與Zhang等資源分配算法有著相同的系統(tǒng)性能。隨著中繼節(jié)點(diǎn)增多,可用鏈路增多,RABST算法允許在每個(gè)時(shí)隙傳輸多條鏈路且對每條鏈路上的資源進(jìn)行了優(yōu)化分配,使得RABST算法在多用戶多中繼協(xié)作雙向系統(tǒng)中吞吐量優(yōu)于Zhang等資源分配算法獲得的系統(tǒng)吞吐量。
最后,按照圖2的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置,描繪了本文提出的基于SWIPT的多用戶多中繼雙向中級協(xié)作資源分配算法的應(yīng)用情況,如圖4所示。在該算法中結(jié)合了中繼節(jié)點(diǎn)的能量、信息、時(shí)間以及鏈路流量等資源的分配,并將該算法建模成優(yōu)化問題,運(yùn)行該算法即是得到優(yōu)化問題的解,由于有非凸約束的存在,本文采用了塊坐標(biāo)下降法,通過松弛變量和固定變量一次求解的辦法來求得系統(tǒng)局部最優(yōu)資源分配方案。通過圖4可說明本文提出的RABST資源分配算法是收斂的。4 結(jié) 語
本文編號：3479083
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