802.11ax系統(tǒng)中基于OFDMA調(diào)度接入的公平性資源分配算法

陳發(fā)堂, 張志豪, 李賀賓, 梅志強(qiáng)

(重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院, 重慶 400065)

0 引 言

下一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11ax的提出主要是為了解決室內(nèi)中距離密集場(chǎng)景下的無線通信問題,達(dá)到提高媒體接入控制層(media access control layer, MAC)效率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量的目的。802.11ax在傳統(tǒng)802.11增強(qiáng)分布式信道接入(enhanced distributed channel access, EDCA)的基礎(chǔ)上[1],支持上下行的正交頻分多址接入(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)和多用戶多輸入多輸出(multiple-user multiple input multiple output, MU-MIMO)傳輸,其中基于OFDMA的上行多用戶傳輸主要分為調(diào)度接入和隨機(jī)接入兩種方式;在調(diào)度接入中,通常由無線接入點(diǎn)(access point, AP)使用載波偵聽多路訪問/沖突避免(carrier sense multiple access with collision avoi-dance, CSMA/CA)機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)接入信道[2],然后在上行多用戶調(diào)度中為各站點(diǎn)(station, STA)分配資源。目前關(guān)于能效的研究主要集中在最大化系統(tǒng)總能效上,這樣會(huì)導(dǎo)致只關(guān)注系統(tǒng)整體的能量效率,而整體性能的提高可能是以個(gè)別用戶鏈路的能量效率為代價(jià)的[3-4],因此在未來密集用戶場(chǎng)景的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中對(duì)能效進(jìn)行優(yōu)化是很有必要的。

在802.11ax中OFDMA系統(tǒng)的能效優(yōu)化方面,許多學(xué)者做了大量且深入的研究,現(xiàn)有的研究主要集中在資源塊(resource unit, RU)分配和系統(tǒng)吞吐量的提升上。在文獻(xiàn)[5]中,針對(duì)802.11ax上行鏈路的RU分配和功率控制問題,提出一種在平均發(fā)送功率受到限制的情況下最小化傳輸時(shí)延的調(diào)度算法;在文獻(xiàn)[6]中,針對(duì)傳統(tǒng)資源分配方案和基于信道綁定和 OFDMA的資源分配方案的不足,提出了提高系統(tǒng)吞吐量的RU分配算法,但是在優(yōu)化傳輸速率的同時(shí)沒有考慮系統(tǒng)功率消耗;在文獻(xiàn)[7]中,針對(duì)實(shí)現(xiàn)最大吞吐量而最優(yōu)的分配用戶和用戶組給子載波的問題,提出了基于分治算法的策略,在單用戶可以利用多個(gè)RU的前提下是最優(yōu)的;在文獻(xiàn)[8]中,提出了一種用于OFDMA調(diào)度接入的資源單元分配調(diào)度算法,同時(shí)考慮優(yōu)先級(jí)和公平性,在密集的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,利用服務(wù)質(zhì)量和緩沖數(shù)據(jù)的組合信息來更有效地分配數(shù)據(jù)流;在文獻(xiàn)[9]中,對(duì)頻率資源不足的情況,AP會(huì)根據(jù)歷史平均能效和當(dāng)前瞬時(shí)能效的比例關(guān)系選擇性地拒絕一些服務(wù)請(qǐng)求,而保證剩余用戶的服務(wù)質(zhì)量,提出了一種考慮用戶服務(wù)質(zhì)量(quality of service, QoS)和公平性的資源分配算法,有效地平衡了系統(tǒng)能效和用戶間公平性;在文獻(xiàn)[10]中,針對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中OFDMA系統(tǒng)的聯(lián)合功率和子信道分配問題,提出了滿足所有用戶最低速率最低要求的同時(shí)最大化系統(tǒng)總能效的算法,在節(jié)能效果上有明顯提升;在文獻(xiàn)[11]中,考慮了單個(gè)鏈路的公平性,針對(duì)存在用戶傳輸速率和最大傳輸功率約束的OFDMA網(wǎng)絡(luò)的最大最小能效優(yōu)化問題,提出了利用分式規(guī)劃和拉格朗日對(duì)偶求解的迭代算法和降低復(fù)雜度的獨(dú)立分配算法,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能效和公平性的折中;在文獻(xiàn)[12]中,考慮由AP發(fā)起的OFDMA上行傳輸中的調(diào)度和資源分配問題,由于IEEE802.11ax特殊的子載波分配模型,涉及基站瞬時(shí)速率的效用最大化問題可以表述為一個(gè)分配問題,利用Lyapunov優(yōu)化方法,最大限度地利用受平均速率和功率約束的長(zhǎng)期平均速率,所得到的資源分配策略執(zhí)行情況接近最優(yōu)。綜上所述,關(guān)于802.11ax中的OFDMA系統(tǒng)公平性能效的資源調(diào)度研究不足,而蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的經(jīng)典資源分配算法也需要改進(jìn)優(yōu)化才能適用于802.11ax網(wǎng)絡(luò)。因此,提供有效的資源分配和調(diào)度算法是對(duì)于提高802.11ax中OFDMA的性能是很有必要的。

1 系統(tǒng)模型

1.1 802.11ax系統(tǒng)基于OFDMA調(diào)度接入的上行多用戶傳輸過程

移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中OFDMA系統(tǒng)物理層的數(shù)據(jù)傳輸是基于固定幀長(zhǎng)的無線幀,在傳輸幀內(nèi)劃分時(shí)隙,時(shí)隙內(nèi)劃分符號(hào),發(fā)送時(shí)將數(shù)據(jù)映射到資源柵格內(nèi),與之不同,802.11ax系統(tǒng)中物理層數(shù)據(jù)傳輸是基于PPDU(physical layer protocol data unit)的,即上下行的用戶傳輸是通過包含多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)信息組合的數(shù)據(jù)包來進(jìn)行通信。對(duì)于上行OFDMA系統(tǒng)的發(fā)送端來說,因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)鐘漂移,實(shí)際上很難做到嚴(yán)格意義的時(shí)間同步[13],所以在上行多用戶的傳輸過程中,需要由AP負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)無線終端的數(shù)據(jù)發(fā)送。

基于OFDMA調(diào)度接入的上行多用戶傳輸?shù)木唧w過程如圖1所示。

圖1 基于OFDMA調(diào)度接入的上行多用戶傳輸過程

AP競(jìng)爭(zhēng)接入信道后下發(fā)緩沖區(qū)狀態(tài)輪詢報(bào)告觸發(fā)幀,然后STA上報(bào)緩沖狀態(tài)報(bào)告(buffer state report, BSR)和信道狀態(tài)信息(channel state information, CSI),AP使用觸發(fā)幀(trigger frame,TF)調(diào)度上行多用戶傳輸,STA根據(jù)TF中的指示在對(duì)應(yīng)RU上發(fā)送上行數(shù)據(jù),AP接收到上行數(shù)據(jù)幀后回復(fù)多用戶塊確認(rèn)(multiple block acknowledgement, MBA)幀。

AP下發(fā)的觸發(fā)幀中包含了RU劃分方式、STA/RU匹配信息、傳輸時(shí)長(zhǎng)、調(diào)制編碼方案(modulation coding scheme, MCS)、空間流、發(fā)射功率等調(diào)度和資源分配信息(scheduling and resource allocation information, SRA)[14]。在調(diào)度接入模式下,一次傳輸時(shí)間內(nèi)的傳輸效率主要取決于AP如何選擇傳輸STA和可用資源的分配。

1.2 OFDMA系統(tǒng)上行鏈路傳輸模型

當(dāng)基本服務(wù)組(basic service set, BSS)中AP成功競(jìng)爭(zhēng)到信道獲得傳輸機(jī)會(huì)(transmit opportunity, TXOP)后,該AP調(diào)度BSS內(nèi)的STA進(jìn)行上行或下行多用戶傳輸,如果在一幀內(nèi)不能調(diào)度完所有STA,則在TXOP時(shí)長(zhǎng)限制內(nèi),進(jìn)行連續(xù)多幀傳輸。

下面說明系統(tǒng)模型以及涉及到的變量和參數(shù),考慮基于802.11ax的無線局域網(wǎng)(wireless local area network, WLAN)中由一個(gè)AP,K個(gè)用戶的組成的基本服務(wù)組場(chǎng)景,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 單BSS無線網(wǎng)絡(luò)模型

信道總帶寬B劃分為N個(gè)RU,各子信道n∈U={1,2,…,N}的帶寬為W,且有W=B/N。802.11ax為了使調(diào)度多用戶傳輸時(shí)更加靈活而支持不同大小RU的組合劃分,本文考慮最基本的RU劃分,頻域內(nèi)所有RU由相同數(shù)量子載波組成,這樣也可以擴(kuò)展到其他大小帶寬或者不同RU劃分方式的場(chǎng)景。因此,對(duì)40 MHz帶寬下劃分為相等的18個(gè)RU的情況進(jìn)行仿真分析。一次TXOP內(nèi)傳輸M幀數(shù)據(jù),由于每次調(diào)度傳輸前能通過各STA上報(bào)的CSI獲得所有用戶設(shè)備到接入點(diǎn)的信道狀態(tài)信息,那么可以根據(jù)指示用戶分配的功率值以及資源塊分配指示值計(jì)算出用戶k在TXOP內(nèi)的發(fā)射功率和數(shù)據(jù)傳輸速率為

(1)

(2)

式中:pk,n表示用戶k在子信道n上的發(fā)射功率;hk,n表示子信道n上從AP到用戶k的信道增益;N0表示加性高斯白噪聲的功率譜密度;αk,n是二進(jìn)制指示變量,表示子信道是否分配給用戶k,其值為{0,1},1代表子信道分配給此用戶,0表示不予分配;α是子信道分配向量;p是發(fā)射功率向量。那么系統(tǒng)的總能效為

(3)

(4)

系統(tǒng)總能量效率是系統(tǒng)中所有用戶設(shè)備的能效之和,而不是系統(tǒng)的總傳輸速率與總功率消耗的比值。因?yàn)樵谏闲墟溌穲?chǎng)景中,不同用戶設(shè)備之間的功率、傳輸速率和能量效率都不能共享[16],所以將每個(gè)用戶的能效問題單獨(dú)考慮,可以保證單個(gè)用戶的能效質(zhì)量,因?yàn)樵诮o定資源的情況下,獨(dú)立的用戶設(shè)備將最大化自身的能量效率。

雖然求解最大化系統(tǒng)能效問題可以得到系統(tǒng)能效最優(yōu)時(shí)的子信道和功率分配方案,但是忽略了用戶間的公平性,為了在BSS中用戶之間建立公平性,本文使用max-min函數(shù)[17],使具有最小能效的用戶的能量效率提升到最大可能值,同時(shí)要保證在優(yōu)化過程中,所有用戶的的速率要滿足其最低速率要求,問題描述如下:

(5)

其中,ηEE-k(α,p)代表用戶k的能量效率,限制條件C1表示用戶k的發(fā)射功率不能超過其最大發(fā)射功率pk-max;C2保證了每個(gè)用戶的服務(wù)質(zhì)量,即必須滿足其最小速率要求;C3表示每個(gè)子信道只能分配給一個(gè)用戶。

2 獨(dú)立子信道和功率分配算法

上述max-min問題是一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題,求解比較困難。首先給出每幀傳輸?shù)腞U數(shù)量確定算法,簡(jiǎn)單考慮RU劃分方案,重點(diǎn)對(duì)子信道匹配和功率分配進(jìn)行優(yōu)化，如算法1所示。

算法1 RU數(shù)量確定算法1.假設(shè)每次TXOP內(nèi)傳輸M幀數(shù)據(jù);2.根據(jù)帶寬確定不同大小RU情況下可供分配的RU數(shù)量Nn(N26/N52/N104…);3.Ifk≤N26,一幀傳輸完成;RU分配數(shù)量為N26,調(diào)度用戶數(shù)量為k;4.Else t=1;5. While(M>0;k≥0) 第t幀內(nèi)RU分配數(shù)量和調(diào)度用戶數(shù)量為N26; 更新k=k-N26;6. ifNi≤k≤Ni-1 第t幀內(nèi)RU分配數(shù)和調(diào)度用戶數(shù)為Ni; 更新k=k-Ni;i=26/52/104…7. Endif t=t+1;8. Endwhile9.Endif

下面提出在功率平均分配情況下的子信道分配算法,可以實(shí)現(xiàn)較高的能量效率,并考慮用戶間的公平性。

(1)在假設(shè)功率平均分配的情況下,子信道分配階段根據(jù)信道模型生成的信道增益矩陣求出用戶側(cè)的偏好列表,給每個(gè)用戶分配偏好值最大的子信道,產(chǎn)生較高的能效值,滿足速率約束。

(2)在滿足數(shù)據(jù)速率約束后,計(jì)算所有用戶的能量效率,根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的公平性要求,找到能量效率最小的用戶,將未被占用的具有最大信道增益的子信道分配給它以提升能效值,這一過程直到子信道全被分配給用戶或子信道分配給具有最小能量效率的用戶導(dǎo)致其能量效率減少的時(shí)候終止。算法流程如算法2所示。

算法2 獨(dú)立子信道和功率分配算法1.初始:Rk=0,Ωk=?,U={1,2…N},?k∈K2.根據(jù)信道增益矩陣生成用戶側(cè)的偏好列表;將偏好值最大的子信道分配給每個(gè)用戶;根據(jù)rk,n=log21+pk,n|hk,n|2N0W 計(jì)算傳輸速率;3.While(U≠?;rk≤rk-min,?1≤k≤K)查找k*,R*k-Rk-min≤0,?1≤k≤K;查找n*,hk*,n*≤hk*,n,分配給k*,i=i+1;更新Ωk=Ωk∪{n*},U=U-{n*};Rk=Rk+log21+p(i)|hk,n*|2N0W ;4.計(jì)算ηEE-k=RkβkPk+Pck,pk=pk-maxN26·|Ωk|;5.WhileU≠?:查找ηEE-k最小的用戶k*,1≤k≤K;查找n*,hk*,n*≤hk*,n,1≤n≤N,分配給k*;

i=i+1;If Rk+log2(1+pk*·gk,n)βkpk*+pck>ηEE-k* Ωk=Ωk∪{n*},U=U-{n*},p(i)=pk-max/i更新Rk,pk;更新ηEE-k*;Elsebreak;6.因此pk=pk-maxN26·|Ωk|為功率分配結(jié)果;最小用戶的能效值ηEE-k*為優(yōu)化結(jié)果;系統(tǒng)總能效值為:ηEE-s=∑Kk=1ηEE-k;

在上面提出的算法中,通過在每個(gè)子信道上分配恒定的發(fā)射功率,在子信道分配階段,盡可能按照用戶喜好來將信道質(zhì)量分配給相應(yīng)用戶,這樣可以保證用盡量少的頻譜資源滿足所有用戶的速率要求,在能效優(yōu)化階段,只要最小能量效率有所提升,子信道分配過程就繼續(xù),但是一旦能量效率不增長(zhǎng),分配就終止,這樣會(huì)有未被占用的子信道沒有分配給用戶,造成傳輸過程中頻率資源浪費(fèi);另外,由于目標(biāo)函數(shù)的分母中含有發(fā)射功率變量,而考慮功率分配方式比較固定,不能根據(jù)需求調(diào)整,這一點(diǎn)并不滿足能效優(yōu)化的要求。所以,下面提出一種聯(lián)合子信道和功率的迭代分配算法,可以有效地解決上述問題。

3 聯(lián)合子信道和功率迭代分配算法

針對(duì)獨(dú)立分配算法中存在的不足,本節(jié)提出了一種聯(lián)合子信道和功率的迭代分配算法,為了提高頻率資源的利用,將約束條件C3更新為

意味著每個(gè)子信道都將被分配給某一個(gè)用戶,并且所有子信道作為通信中的稀缺資源被使用。因此,max-min能量效率的優(yōu)化問題被重新表述如下:

約束條件為:C1,C2,C3-1;目標(biāo)函數(shù)中能量效率是關(guān)于功率分配值pk,n的非凸函數(shù),另外0～1分配指示值αk,n和pk,n的乘積及約束條件導(dǎo)致優(yōu)化問題是一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題,為了解決非凸混合整數(shù)非線性規(guī)劃優(yōu)化問題,下面應(yīng)用廣義分式規(guī)劃并設(shè)計(jì)迭代算法。

根據(jù)文獻(xiàn)[18]中分式規(guī)劃理論的結(jié)論,當(dāng)且僅當(dāng):

(6)

時(shí),優(yōu)化問題取得最優(yōu)解(αopt,popt)[18];定理表明可以通過求解目標(biāo)分式函數(shù)的等價(jià)問題來得到最優(yōu)解。所以,可以將目標(biāo)函數(shù)改寫為

(7)

令

(8)

則新增約束條C4:Rk(α,p)-ηPs(α,p)≥φ,?k。

由于αk,n是一個(gè)二進(jìn)制指示變量,用戶k的數(shù)據(jù)速率可以改寫為

(9)

(10)

并且

(11)

(12)

為了將MINLP問題轉(zhuǎn)化成連續(xù)優(yōu)化問題,

進(jìn)一步將約束條件αk,n∈[0,1],?k,n轉(zhuǎn)化成兩個(gè)凸集的形式[19]:

(13)

這樣αk,n可以看作介于0和1之間的連續(xù)變量,轉(zhuǎn)化后的式子和原約束條件是等價(jià)的。目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為關(guān)于所有變量的連續(xù)優(yōu)化問題,但是為了得到子信道分配指示變量αk,n的整數(shù)解,必須將轉(zhuǎn)化后的約束條件作為懲罰函數(shù)施加給目標(biāo)函數(shù)[20],由于原始max-min問題中將目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化成了約束條件C4,所以,要將懲罰函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)的一部分施加給約束條件:

(14)

懲罰函數(shù)的懲罰因子σ?1,針對(duì)上述加入懲罰項(xiàng)的約束條件,引入fk(α,p)和qk(α)兩個(gè)凹函數(shù)[21]將約束轉(zhuǎn)換為差值形式,約束可以寫為fk(α,p)-qk(α),其中：

(15)

(16)

針對(duì)式(16),在求解時(shí)從一個(gè)可行的初始點(diǎn)開始迭代處理,在第t次迭代時(shí),利用qk(α)的泰勒一階近似使問題[22]變?yōu)榫植客沟?

(17)

(18)

這樣在每輪迭代處理過程中,就從處理非凸問題轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚砭植客箚栴},最后,優(yōu)化問題描述為目標(biāo)函數(shù):

(19)

算法流程如算法3所示。

算法3 聯(lián)合迭代算法1.初始化:最大迭代次數(shù)imax,錯(cuò)誤閾值δ;迭代索引i=0,最大能效ηi=0;2.Whilei≤imax對(duì)于ηi,求解問題(7)得到αi,pi;令t=0,α0為一個(gè)可行解;While(α,p沒有收斂),執(zhí)行:t=t+1;按照式(18)更新qk(α);求解問題(19)獲得最優(yōu)解αt,pt;3.If(|mink(Rk(αi,pi)-ηi·Pcs(αi,pi))|≤δ) {αopt,popt}={αi,pi};ηopt=minkRk(αi,pi)Ps(αi,pi);Break;Elseηi+1=minkRk(αi,pi)Ps(αi,pi);i=i+1;Endwhile

4 仿真及結(jié)果分析

參照文獻(xiàn)[8],考慮一個(gè)BSS內(nèi)的站點(diǎn)均勻分布在半徑為100 m的圓內(nèi),與AP最小距離為1 m,且各站點(diǎn)的業(yè)務(wù)類型相同,不考慮用戶之間優(yōu)先級(jí)的問題。無線信道模型為獨(dú)立的瑞利多徑組成的頻率選擇性信道,每個(gè)多徑分量呈現(xiàn)平坦衰落,且AP與STA之間的信道狀態(tài)在一個(gè)TXOP內(nèi)保持不變[8],其中路徑損耗模型為PLk=PL0+10a·lgdk[13],PL0為1 m距離時(shí)的參考路徑損耗,a為路徑損耗指數(shù),仿真中最小速率約束設(shè)置為rk-min=15 bit/s/Hz,每個(gè)用戶最大發(fā)射功率約束設(shè)置為pk-max=0.2 W,噪聲功率譜密度N0=1.156 5×10-8W/Hz,誤差閾值δ=10-2,功率放大器的效率為10%,即βk=10,電路功耗為0.1 W[23-24],最大迭代次數(shù)imax=8,懲罰因子σ=106。公平性分析參考文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[25]中公平性準(zhǔn)則:能效公平性因子FEE衡量的是傳輸幀M內(nèi)各STA能效的公平性,根據(jù)Jian’s公平準(zhǔn)則[9],FEE的定義為

式中:K表示TXOP內(nèi)調(diào)度用戶的數(shù)量;EEk(ΔT)表示調(diào)度時(shí)長(zhǎng)ΔT內(nèi)用戶k的能效值。圖4是某一次仿真的隨機(jī)結(jié)果,其他圖中結(jié)果均為基于100次運(yùn)行的平均值。

圖3為在40 MHz帶寬下,上行鏈路的系統(tǒng)總能效隨著數(shù)量用戶增加的變化趨勢(shì)?？梢钥吹?在用戶數(shù)量小于子信道數(shù)量時(shí),信道資源充足,本文提出的獨(dú)立分配和聯(lián)合分配算法性能優(yōu)于文獻(xiàn)[11]中算法。由于在初始分配子信道階段,是按照用戶側(cè)的喜好列表將信道狀態(tài)最好的子信道分給各用戶,在滿足速率要求后執(zhí)行能效的公平性優(yōu)化,參考算法是按照僅達(dá)到滿足最小速率要求來分配,這樣會(huì)導(dǎo)致在信道資源充足的情況下,為了平衡公平性而沒有充分利用優(yōu)質(zhì)信道資源,所以能量效率較低,在用戶數(shù)量大于子信道數(shù)量時(shí),系統(tǒng)能效趨于平穩(wěn),通過仿真圖可以看出,本文算法比文獻(xiàn)[11]算法3(EPA)和算法4(SPA)平均性能有明顯提升。

圖3 系統(tǒng)能效隨用戶數(shù)增加的變化關(guān)系

圖4為在40 MHz帶寬下,10個(gè)用戶接入時(shí),所有用戶的能效大小,從仿真中可以看出,本文算法和文獻(xiàn)[11]中的算法都實(shí)現(xiàn)了用戶之間的公平性,在假設(shè)功率平均分配的前提下,由于在子信道劃分階段做了優(yōu)化,在聯(lián)合迭代算法中,由于對(duì)約束條件的優(yōu)化,使信道資源得到充分利用,在不超過最發(fā)達(dá)發(fā)射功率的前提下,單個(gè)用戶的能效方面,本文算法優(yōu)于文獻(xiàn)[11]中算法,獨(dú)立分配算法平均提升130 bits/Hz/Joule,迭代分配算法平均提升150 bits/Hz/Joule。

圖4 40 MHz-10UE時(shí)每個(gè)用戶的能效

圖5為在40 MHz帶寬下,10個(gè)用戶接入時(shí),系統(tǒng)中最優(yōu)用戶和最差用戶以及平均能效的關(guān)系。從仿真可以看出,本文算法在實(shí)現(xiàn)了用戶間能效的公平性的同時(shí),系統(tǒng)平均能效也有所提升。

圖5 系統(tǒng)平均能效和最好/最差用戶能效

圖6為用戶間能效公平性隨著傳輸幀數(shù)增加的變化趨勢(shì),可以看出本文算法和文獻(xiàn)[11]中算法都實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間傳輸用戶間能量效率公平性的穩(wěn)定,由于本文EPA算法在RU和用戶匹配階段選擇的是用戶側(cè)信道質(zhì)量最佳的子信道,在優(yōu)化能效階段只是考慮了公平性,所以與文獻(xiàn)[11]中將信道資源主要放在優(yōu)化提升最小能效的做法相比,公平性有所降低,公平性指數(shù)在0.76上下,但本文算法在用戶能量效率方面有所提升;本文JSPA聯(lián)合分配算法實(shí)現(xiàn)了公平性的提高并且長(zhǎng)期穩(wěn)定在0.91左右。

圖6 用戶能量效率的公平性和傳輸幀數(shù)量

圖7為在不同帶寬和用戶數(shù)量情況下,本文提出的聯(lián)合迭代算法中每次迭代結(jié)束后系統(tǒng)中最小能效值的大小,可以看出,最小能效值在5次迭代后均可以收斂到一個(gè)固定值,并且本文算法的最小能效值在收斂后有較大提升。

圖7 聯(lián)合迭代算法的收斂性

5 總 結(jié)

本文針對(duì)802.11ax系統(tǒng)基于OFDMA調(diào)度接入中網(wǎng)絡(luò)資源分配的最大最小能效優(yōu)化問題,提出了兩種有效的資源分配算法,所提獨(dú)立分配算法通過利用最優(yōu)信道資源完成初始分配來實(shí)現(xiàn)高能效,后經(jīng)過重新分配發(fā)射功率和分配未利用信道資源來實(shí)現(xiàn)用戶間公平性;針對(duì)獨(dú)立分配算法中信道資源利用不充分和功率分配不合理的問題,提出聯(lián)合迭代分配算法,通過廣義分式規(guī)劃并改寫約束條件,轉(zhuǎn)化為求解連續(xù)優(yōu)化問題,然后在目標(biāo)函數(shù)中加入懲罰項(xiàng)來松弛整型變量,并用序列凸規(guī)劃求解凸問題,仿真證明了所提出的算法在能量效率方面較現(xiàn)有算法有較大提升,同時(shí)還兼顧了用戶間公平性。