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机器对机器通信中一种基于能量效率与系统容量的多目标无线资源管理算法

徐少毅 高帅

徐少毅, 高帅. 机器对机器通信中一种基于能量效率与系统容量的多目标无线资源管理算法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(12): 2817-2825. doi: 10.11999/JEIT181168
引用本文: 徐少毅, 高帅. 机器对机器通信中一种基于能量效率与系统容量的多目标无线资源管理算法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(12): 2817-2825. doi: 10.11999/JEIT181168
Shaoyi XU, Shuai GAO. Energy Efficiency and System Capacity Based Multi-Objective Radio Resource Management in M2M Communications[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(12): 2817-2825. doi: 10.11999/JEIT181168
Citation: Shaoyi XU, Shuai GAO. Energy Efficiency and System Capacity Based Multi-Objective Radio Resource Management in M2M Communications[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(12): 2817-2825. doi: 10.11999/JEIT181168

机器对机器通信中一种基于能量效率与系统容量的多目标无线资源管理算法

doi: 10.11999/JEIT181168
基金项目: 国家自然科学基金(61571038),国家科技重大专项(2016ZX03001011-004),中央高校基本科研业务费专项资金(2016JBZ003)
详细信息
    作者简介:

    徐少毅:女,1975年生,副教授,研究方向为无线资源管理

    高帅:男,1994年生,硕士生,研究方向为无线资源管理

    通讯作者:

    徐少毅 shyxu@bjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TN929.5

Energy Efficiency and System Capacity Based Multi-Objective Radio Resource Management in M2M Communications

Funds: The National Natural Science Foundation of China(61571038), The Important National Science & Technology Specific Projects of China(2016ZX03001011-004), The Fundamental Research Funds for the Central Universities (2016JBZ003)
  • 摘要: 机器对机器(M2M)通信和设备到设备(D2D)通信都是5G中的关键技术。而M2M通信特别需要考虑提高设备的能量效率(EE)以延长设备的生存周期。该文将M2M技术与D2D技术相结合,考虑M2M设备使用D2D技术进行通信,同时M2M设备复用蜂窝网络中的人对人(H2H)通信的频谱资源。为了同时保证两种系统的服务质量(QoS)需求,建立了最大化M2M的能量效率,最大化H2H系统容量和,以及最小化M2M系统对H2H系统干扰的多目标优化问题(MOOP)。为了解决该问题,采用惩罚函数的方法将二进制变量松弛约束,进而采用凹凸过程(CCCP)方法将非凸的单目标优化问题转化为凸优化问题,并最终通过加权切比雪夫算法得到原多目标优化问题的Pareto最优解。通过与传统的加权和算法进行比较,仿真结果证明了该算法的有效性。
  • 图  1  系统模型

    图  2  干扰场景下多目标函数与需求因子的关系

    图  3  不同的参数因子s对3个多目标函数优化值的影响

    图  4  多目标函数优化值与HTC用户数N的关系

    图  5  3个目标函数的归一化值与用户数N的关系

    表  1  仿真参数

    仿真参数参数值
    小区半径500 m
    簇半径100 m
    噪声功率谱密度–174 dBm/Hz
    每个簇内的MTC设备个数Nj10
    每个小区的HTC设备个数M10
    MTC的传输功率上限PUn15 dBm
    HTC的传输功率上限PUm23 dBm
    子信道个数K50
    单位子信道带宽W180 kHz
    簇1内MTC设备速率/时延约束320 kbps/20 ms
    簇2内MTC设备速率/时延约束1000 kbps/40 ms
    簇3内MTC设备速率/时延约束200 kbps/3000 ms
    HTC设备最小传输速率Rth1 Mbit/s
    电路功率消耗Pc0.1 W
    参数s3.0
    下载: 导出CSV
  • XIA Nian, CHEN H H, and YANG C S. Radio resource management in machine-to-machine communications—A survey[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2018, 20(1): 791–828. doi: 10.1109/COMST.2017.2765344
    CHANG C W and CHEN J C. UM paging: Unified M2M paging with optimal DRX cycle[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2017, 16(3): 886–900. doi: 10.1109/TMC.2016.2575835
    HUANG Jun, XING Congcong, SHIN S Y, et al. Optimizing M2M communications and quality of services in the IoT for sustainable smart cities[J]. IEEE Transactions on Sustainable Computing, 2018, 3(1): 4–15. doi: 10.1109/TSUSC.2017.2702589
    ZHANG Guopeng, LI Ao, YANG Kun, et al. Optimal power control for delay-constraint machine type communications over cellular uplinks[J]. IEEE Communications Letters, 2016, 20(6): 1168–1171. doi: 10.1109/LCOMM.2016.2535145
    TIAN Hui, XU Youyun, XU Kui, et al. Energy-efficient user association in heterogeneous networks with M2M/H2H coexistence under QoS guarantees[J]. China Communications, 2015, 12(Suppl): 93–103. doi: 10.1109/CC.2015.7386157
    AIJAZ A, TSHANGINI M, NAKHAI M R, et al. Energy-efficient uplink resource allocation in LTE networks with M2M/H2H co-existence under statistical QoS guarantees[J]. IEEE Transactions on Communications, 2014, 62(7): 2353–2365. doi: 10.1109/TCOMM.2014.2328338
    HAMDOUN S, RACHEDI A, and GHAMRI-DOUDANE Y. Radio resource sharing for mtc in lte-a: An interference-aware bipartite graph approach[C]. 2015 IEEE Global Communications Conference, San Diego, USA, 2015: 1–7. doi: 10.1109/GLOCOM.2015.7417719.
    XU Shaoyi and GAO Shuai. Multi-objective optimization for balancing energy efficiency and channel capacity for machine type communications in LTE networks[C]. The IEEE 28th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications, Montreal, Canada, 2017: 1–5. doi: 10.1109/PIMRC.2017.8292578.
    NG D W K, LO E S, and SCHOBER R. Multiobjective resource allocation for secure communication in cognitive radio networks with wireless information and power transfer[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2016, 65(5): 3166–3184. doi: 10.1109/TVT.2015.2436334
    KHAMIDEHI B, RAHMATI A, and SABBAGHIAN M. Joint sub-channel assignment and power allocation in heterogeneous networks: An efficient optimization method[J]. IEEE Communications Letters, 2016, 20(12): 2490–2493. doi: 10.1109/LCOMM.2016.2597147
    BOYD S and VANDENBERGHE L. Convex Optimization[M]. Cambridge, United Kingdom: Cambridge University Press, 2004: 215–273.
    XU Lukai, YU Guanding, and JIANG Yuhuan. Energy-efficient resource allocation in single-cell OFDMA systems: Multi-objective approach[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2015, 14(10): 5848–5858. doi: 10.1109/TWC.2015.2443104
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-19
  • 修回日期:  2019-07-24
  • 网络出版日期:  2019-08-22
  • 刊出日期:  2019-12-01

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