CN105491510A - 一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其方法步骤为：初始化网络资源状态、面向多信道形成稳定联盟分区、联盟内频谱租赁及业务卸载、同时考虑网络环境变化，周期性重复以上步骤。本发明针对密集异构蜂窝网络存在的频率资源匮乏和业务负载不均衡的问题，提供了一种面向资源共享的业务卸载方法；兼顾网络性能和网络时延等性能指标设计效用函数，提出基于联盟博弈理论的宏-微基站合作框架，面向资源共享可实现高效的业务卸载；本发明基于稳定联盟分区对联盟内的频谱资源实现了高效的利用，进而提高了网络整体性能。

Description

一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法。

背景技术

随着移动通信飞速发展，业务数据需求的激增与频谱资源间的稀缺成为未来移动通信发展的机遇和挑战。然而，在当前异构网络高度融合发展的环境下，在宏蜂窝内部署包括微蜂窝(Microcell)、家庭基站(Femtocell)及中继节点(RelayNode)在内的各种低功率节点(即微基站)成为提升网络容量的关键技术之一。由于微基站覆盖范围和天线数量限制等约束因素，导致网络中存在严重的负载不均匀和频谱利用率低下等问题，阻碍异构蜂窝网络的进一步部署和频谱利用率的提升。

业务卸载作为一种很有前景的提升频谱利用率的方案，是实现在特定条件下将网络中的部分数据流量卸载其它网络的技术。但在密集的异构蜂窝网络中，无线环境的异构性及复杂性大大增加，现有的业务卸载技术不能更高效地分配资源和缓解干扰，因此导致了异构蜂窝网络性能低下的问题。因此，如何在密集异构蜂窝网络情况下结合其它先进技术进行合理的业务卸载实现高效的资源利用，以提高网络整体性能，成为亟待解决的问题。当前在提升频谱资源利用方面，基本包含如下几个技术：基于状态信息的频谱租赁技术、基于不同Qos的业务卸载技术、基于博弈论的非合作资源分配方法。

西安电子科技大学的专利申请文件“一种分层蜂窝网络中频谱租赁方法”(公开号CN103561409A，申请号201310385814.7，申请日2013.08.29)中公开一种分层蜂窝网络中频谱租赁方法，该方法依据服务商收到的广播信息实时调整频谱定价和发射功率。但该方法的不足之处是：在密集异构蜂窝场景下时，需要服务商间交互次数和交互信息数据较大，而其不能保证时变的无线数据业务和动态的无线信道衰落等场景下的实时性的要求。

北京邮电大学的专利申请文件“基于不同QoS的业务卸载方法”(公开号CN103327541A，申请号201310187980.6，申请日2013.05.20)中公开一种基于不同QoS的业务卸载方法，该方法设计了业务卸载相关影响因子并据此选择业务卸载目标基站，提高无线资源的利用率。该方法存在不足之处是：没有考虑目标基站卸载业务后导致基站性能下降的问题，且未采取适当激励措施以促进基站间合作。

西安交通大学的专利申请文件“LTE-A中继***中基于博弈论的无线资源优化方法”(公开号CN103369568A，申请号201310291899.2，申请日2013.07.11)中公开了一种LTE-A中继***中基于博弈论的无线资源优化方法，该方法主要解决了当蜂窝小区中引入中继时在***吞吐量和用户公平性之间的折中问题。该方法存在的不足是：其博弈资源优化过程中需要多次求解一阶偏导数，计算复杂且收敛速度慢。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，该方法通过研究密集异构蜂窝网络中宏-微基站合作框架，并结合频谱租赁和业务卸载技术，实现了频谱资源的高效利用，并提高了网络整体性能。

为解决现有技术中存在的问题，采用的具体技术方案是：

一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，包括以下步骤：

S1、初始化网络资源状态；

S2、面向多信道形成稳定联盟分区；

S3、联盟内频谱租赁及业务卸载；

S4、考虑网络环境变化时，周期性重复以上步骤，实现多信道稳定联盟分区下的联盟内频谱租赁和业务卸载。

优选的方案，步骤S1所述初始化网络资源状态中，微基站复用宏基站的部分频谱资源，且宏基站和微基站保持固定的下行功率传输信号。所述固定的下行功率为最大的下行功率。

进一步优选的方案，步骤S2所述面向多信道形成稳定联盟分区的方法步骤为：

S21、面向多信道构建干扰列表；

S22、形成稳定联盟。

所述面向多信道构建干扰列表的方法为：

S21a、基于接收的信道强度指示(RSSI)，宏基站通过所属宏基站用户检测活跃在所有被复用的下行子信道k∈Κ(Κ为复用子信道数量)中的微基站，微基站亦感知所复用子信道中的宏基站用户；

S21b、所有复用的下行子信道中的宏基站用户m∈k_m(k_m为复用子信道k中的宏基站用户数量)将检测到的微基站干扰由强到弱排序，分别形成相应子信道的干扰列表，并通过无线信道反馈给宏基站；

S21c、微基站n∈N(N为微基站数量)将所复用子信道中所感知到的宏基站用户按距离由近到远排序。

所述形成稳定联盟的方法为：

S22a、宏基站基于干扰列表，依次与相应子信道k中的微基站n∈N_k,N_k∈N(N_k为复用子信道k的微基站数量)成对进行磋商，当微基站n有意愿合作形成新联盟，则作为潜在合作对象；

S22b、宏基站与潜在合作微基站n计算联盟前的用户效用x_i(S_n,Π_N),(i∈S_n,S_n为此信道下的潜在联盟，i为潜在联盟内宏基站用户m∪微基站用户l∈L_n,L_n为微基站服务的微基站用户数量，Π_N为联盟分区)和联盟总效用ν(S_n,Π_N)。联盟前的联盟总效用ν(S_n,Π_Ν)计算式如下：

上式表示潜在合作联盟内所有用户的效用之和，|S_n|为联盟内用户数量，表示对当前潜在合作联盟内的宏基站用户效用和微基站用户效用求和。其中，联盟前的用户效用x_i(S_n,Π_N)可分为宏基站用户效用x_m(S_n,Π_N)和微基站用户效用x_l(S_n,Π_N)，分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_m(S_n,{\Π}_N)=\frac{{\mathrm{\μ}}_m^{NC}{(S_n,{\Π}_N)}^{\mathrm{\δ}}}{{\left(D_m^{NC}\right)}^{(1-\mathrm{\δ})}}\\ x_l(S_n,{\Π}_N)=\frac{{\mathrm{\μ}}_l^{NC}{(S_n,{\Π}_N)}^{\mathrm{\δ}}}{{\left(D_l^{NC}\right)}^{(1-\mathrm{\δ})}}\end{array}\right.$

式中，(S_n,Π_N)^δ和(S_n,Π_N)^δ分别为当前联盟分区下非合作情况的宏基站用户的可达信息速率和微基站用户的可达信息速率，S_n为此信道下的潜在联盟，Π_N为当前联盟分区，和分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，其中，非合作情况下的宏基站用户可达信息速率(S_n,Π_N)^δ计算如下：

${\mathrm{\μ}}_m^{NC}(S_n,{\Π}_N)=Blog(1+\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{{\mathrm{\Σ}}_{n\∈N_k}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\σ}}^2})$

该式表示宏基站用户m受到相同子信道中微基站干扰时的可达信息速率，其中，B表示该宏基站用户m所属子信道的带宽，log为10为底的对数运算，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，|H_0,m|²P₀表示宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户接收到的相同子信道中的微基站干扰信号之和，表示宏基站用户m此时的信干噪比。

非合作情况的微基站用户可达信息速率(l∈l_n,l_n为微基站服务的微基站用户数量)按下式计算：

${\mathrm{\μ}}_l^C(S_n,{\Π}_N)=B_{l}log(1+\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{|H_{0,l}{|}^2{P}_0+\underset{i=1,i\≠n}{\overset{N_k}{\Σ}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\σ}}^2})$

该式表示联盟前微基站用户l受到宏基站和相同子信道中微基站的干扰时的可达信息速率，其中，B_l表示该微基站用户l所属子信道的带宽，|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，|H_0,l|²表示宏基站和微基站用户l之间的信道增益，P₀表示宏基站的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，|H_n,l|²P_n表示微基站用户接收的有用信号功率，表示微基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，|H_0,l|²P₀表示微基站用户l接收到宏基站的相同子信道的干扰信号，表示微基站用户l接收到相同子信道下的微基站i的干扰信号，表示微基站用户l此时的信干噪比；

和分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_m^{NC}=\frac{{{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_m}^{NC}}{2{\mathrm{\μ}}_m^{NC}({\mathrm{\μ}}_m^{NC}-{{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_m}^{NC})}\\ D_l^{NC}=\frac{{{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_l}^{NC}}{2{\mathrm{\μ}}_l^{NC}({\mathrm{\μ}}_l^{NC}-{{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_l}^{NC})}\end{array}\right.$

其中，考虑非合作情况下最大重传数为D时宏基站用户的实际通信负载和微基站用户的实际通信负载分别为

$\left\{\begin{array}{c}{{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_m}^{NC}={\mathrm{\λ}}_m\underset{d=1}{\overset{D}{\Σ}}{\mathrm{Pt}}_m^{NC}{(1-{\mathrm{Pt}}_m^{NC})}^{d-1}\\ {{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_m}^{NC}={\mathrm{\λ}}_l\underset{d=1}{\overset{D}{\Σ}}{\mathrm{Pt}}_l^{NC}{(1-{\mathrm{Pt}}_l^{NC})}^{d-1}\end{array}\right.$

λ_m和λ_l(bits/s)分别表示按M/D/1排队模型时由泊松到达过程确定分组的宏基站-宏基站用户的平均到达速率和微基站-微基站用户的平均到达速率，d为当前重传数，和分别表示非合作情况下宏基站用户传输成功的概率和微基站用户传输成功的概率，即当信噪比(SINR)高于所设定的相应目标值γ_m、γ_l的概率，(i＝l或m)表示数据第d次重传才成功的概率，计算式分别如下:

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Pt}}_m^{NC}=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{{\Σ}_{n\∈N_k}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\σ}}^2}\≥{\mathrm{\γ}}_m\}\\ {\mathrm{Pt}}_l^{NC}=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_l}{|H_{0,l}{|}^2{P}_0+\underset{i=1,i\≠n}{\overset{N_k}{\Σ}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\σ}}^2}\≥{\mathrm{\γ}}_l\}\end{array}\right.$

其中，Pr{SINR≥γ}表示信干噪比大于一定目标值γ时，数据成功传输的概率分布，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，γ_m为宏用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀表示宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户接收到相同子信道中的微基站干扰信号之和，表示宏基站用户m此时的信干噪比；

|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，|H_0,l|²表示宏基站和微基站用户l之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，P₀表示宏基站的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，γ_l为微基站用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀表示微基站用户接收到的有用信号功率，表示微基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，|H_0,l|²P₀表示微基站用户接收到宏基站的相同子信道的干扰信号，表示微基站用户接收到相同子信道下的微基站的干扰信号，表示微基站用户l此时的信干噪比。

S22c、宏基站与潜在联盟微基站估算联盟后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_Ν)和联盟总效用ν^*(S_n,Π_Ν)，联盟后的联盟总效用ν^*(S_n,Π_Ν)计算式如下：

该式表示联盟S_n中所有用户的效用之和，|S_n|为当前联盟的用户数量，表示对当前联盟分区内合作后的宏基站用户效用和微基站用户效用求和。其中，联盟后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_Ν)可分为宏基站用户效用x_m ^*(S_n,Π_N)和微基站用户效用x_l ^*(S_n,Π_N)，分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x_m}^{*}(S_n,{\Π}_N)=\frac{{\mathrm{\μ}}_m^C{(S_n,{\Π}_N)}^{\mathrm{\δ}}}{{\left(D_m^C\right)}^{(1-\mathrm{\δ})}}\\ {x_l}^{*}(S_n,{\Π}_N)=\frac{{\mathrm{\μ}}_l^C{(S_n,{\Π}_N)}^{\mathrm{\δ}}}{{\left(D_l^C\right)}^{(1-\mathrm{\δ})}}\end{array}\right.$

式中，(S_n,Π_N)和(S_n,Π_N)分别为当前联盟分区下合作情况的宏基站用户的可达信息速率和微基站用户的可达信息速率，和分别为合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，其中，合作情况下宏基站用户的可达信息速率(S_n,Π_N)按下式计算：

${\mathrm{\μ}}_m^C(S_n,{\Π}_N)=Blog(1+\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{\underset{n\∈N_k\backslash S_n}{\Σ}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\σ}}^2})$

该式表式宏基站用户m在联盟后受到联盟外的微基站n，n∈N_k\S_n的干扰时的可达信息速率，B表示该宏基站用户m所属子信道的带宽，log为10为底的对数运算，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，|H_0,m|²P₀为宏基站用户接收到的有用信号功率，即宏基站用户接收到联盟外的微基站的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户合作情况下的信干噪比；

合作情况下微基站用户l的可达信息速率(S_n,Π_N)按下式计算：

${\mathrm{\μ}}_l^C(S_n,{\Π}_N)=B_{l}log(1+\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{\underset{i=1,i\≠n}{\overset{N_k\backslash S_n}{\Σ}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\σ}}^2})$

该式表示微基站用户在联盟后受到联盟外微基站n∈N_k\S_n的干扰时的可达信息速率，其中，B_l表示该微基站用户l所属子信道的带宽，|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，|H_n,l|²P_n表示微基站用户接收到的有用信号功率，即微基站用户接收到联盟外的微基站的干扰信号和高斯白噪声之和，为微基站用户在合作情况下的信干噪比；

和分别为合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_m^C=\frac{{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_m^C}{2{\mathrm{\μ}}_m^C({\mathrm{\μ}}_m^C-{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_m^C)}\\ D_l^C=\frac{{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_l^C}{2{\mathrm{\μ}}_l^C({\mathrm{\μ}}_l^C-{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_l^C)}\end{array}\right.$

其中，合作情况下考虑最大重传数为D时宏基站用户的实际通信负载和微基站用户的实际通信负载分别为

$\left\{\begin{array}{c}{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_m^C={\mathrm{\λ}}_m^C\underset{d=1}{\overset{D}{\Σ}}{\mathrm{Pt}}_m^C{(1-{\mathrm{Pt}}_m^C)}^{d-1}\\ {\widetilde{\mathrm{\λ}}}_l^C={\mathrm{\λ}}_l^C\underset{d=1}{\overset{D}{\Σ}}{\mathrm{Pt}}_l^C{(1-{\mathrm{Pt}}_l^C)}^{d-1}\end{array}\right.$

λ_m和λ_l(bits/s)分别表示按M/D/1排队模型时由泊松到达过程确定分组的宏基站-宏基站用户的平均到达速率和微基站-微基站用户的平均到达速率，d为当前重传数，和分别表示合作情况下宏基站用户传输成功的概率和微基站用户传输成功的概率，即当信噪比(SINR)高于所设定的相应目标值γ_m、γ_l的概率，计算式分别如下:

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Pt}}_m^C=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{\underset{n\∈N_k\backslash S_n}{\Σ}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\σ}}^2}\≥{\mathrm{\γ}}_m\}\\ {\mathrm{Pt}}_l^C=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{\underset{i=1,i\≠n}{\overset{N_k\backslash S_n}{\Σ}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\σ}}^2}\≥{\mathrm{\γ}}_l\}\end{array}\right.$

其中，Pr{SINR≥γ}表示信干噪比大于一定目标值γ时，数据成功传输的概率分布，|H_0,m|²表示宏基站和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，γ_m为宏用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀为宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到联盟外相同子信道中微基站的全部干扰信号，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户m合作情况下的信干噪比；

|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，γ_l为微基站用户成功传输目标值，|H_n,l|²P表示微基站用户接收到的有用信号功率，表示微基站用户接收到的联盟外相同子信道中微基站的干扰信号，表示微基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示微基站用户l合作情况下的信干噪比。

S22d、当宏基站与微基站合作后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_N)和联盟总效用ν^*(S_n,Π_N)均不小于合作前效用时，即x_i ^*(S_n,Π_N)>x_i(S_n,Π_N)和ν^*(S_n,Π_N)＞ν(S_n,Π_N)，则宏基站与微基站间通过有线信道反馈正式形成联盟；否则，判断宏基站与下一潜在合作微基站是否形成新联盟；

S22e、宏基站按序与所有干扰列表中的微基站依序执行S22a、S22b、S22c、S22d，直至所有复用子信道中稳定联盟形成。任一子信道中微基站脱离当前联盟形成的新联盟分区的联盟总效用小于当前稳定联盟分区的联盟总效用。

更进一步优选的方案，步骤S3所述联盟内频谱租赁及业务卸载的方法为：

S31、基于形成的稳定联盟分区，依据频谱租赁模型，通过凸优化工具求解最优频谱租赁系数的最优解；

S32、宏基站根据计算所得的最优频谱租赁系数租赁给相应微基站信道频谱资源，同时通知占用此信道的宏基站用户断开原链接并与相应微基站建立新的下行传输链接，相应微基站将所得频谱资源中的中继窗口系数比例的频谱资源分配给宏基站用户用于业务传输。

其中，步骤S31中所述求解最优频谱租赁系数的最优解的方法为：

频谱租赁模型将微基站复用的子信道频谱归一化为一个单位长度，同时将每个单位划分成三部分：

第一部分单位长度为1-α，宏基站传输信号给所属宏基站用户；

第二部分单位长度为αβ，微基站作为中继传输信号给被卸载的宏基站用户；

第三部分单位长度为α(1-β)，微基站传输信号给所属微基站用户；

其中，α为频谱租赁系数表示宏基站租赁给微基站的信道频谱资源，β为中继传输窗口系数表示微基站为卸载的宏基站用户分配的中继频谱资源；

依据频谱租赁模型提出此模型下的效用函数，并通过凸优化工具求解以频谱租赁系数α和中继传输窗口系数β为变量的最优解：

$\left\{\begin{array}{cc}\underset{\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}}{\max }& x_i^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})\\ \underset{\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}}{\max }& v^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})\\ s.t.& 0<\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}<1\end{array}\right.$

上式表示在满足0<α,β<1的条件时，求解在稳定联盟分区中基于频谱租赁模型的最大用户效用x_i'(S'_n,Π'_N)和最大联盟总效用ν'(S_n',Π'_N)，S'_n为当前稳定联盟分区下的联盟，Π'_N为当前稳定联盟分区。其中，用户效用x_i＇(S_n',Π'_N)可分为宏基站用户效用x_m＇(S'_n,Π'_N)和微基站用户效用x＇_l(S'_n,Π'_N)，分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_m^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})=\frac{{\mathrm{\&alpha;\&beta;\&mu;}}_m^{\&prime;}{(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})}^{\mathrm{\&delta;}}}{D_m^{\&prime;(1-\mathrm{\&delta;})}})\\ x_l^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})=\frac{\mathrm{\&alpha;}(1-\mathrm{\&beta;}){\mathrm{\&mu;}}_l^{\&prime;}{(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})}^{\mathrm{\&delta;}}}{D_l^{\&prime;(1-\mathrm{\&delta;})}})\end{array}\right.$

和

δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，α和β分别为频谱租赁系数和中继传输窗口系数。其中，优化问题中的宏基站用户的可达信息速率μ'_m(α,β,S'_n,Π'_N)和微基站用户的可达信息速率μ_l'(α,β,S'_n,Π'_N)计算式如下:

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&mu;}}_m^{\&prime;}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})={\mathrm{\&alpha;\&beta;\&mu;}}_m^C(S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})\\ {\mathrm{\&mu;}}_l^{\&prime;}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})=\mathrm{\&alpha;}(1-\mathrm{\&beta;}){\mathrm{\&mu;}}_l^C(S_n^{\&prime;},{\&Pi;}_N^{\&prime;})\end{array}\right.$

表示当前联盟分区下宏基站用户和微基站用户在频谱租赁模型下的可达信息速率，(S'_n,Π'_N)和(S'_n,Π'_N)分别是当前联盟分区下合作情况下的宏基站用户可达信息速率和微基站用户可达信息速率，计算式如S22c中所示。

再进一步优选的方案，步骤S4所述考虑网络环境变化时的处理方法为：当网络环境变化时，周期性重复步骤S2的面向多信道形成稳定联盟分区和步骤S3的联盟内频谱租赁及业务卸载；当网络环境没有变化时，周期性重复步骤S1的初始化网络资源状态、S2的面向多信道形成稳定联盟分区和步骤S3的联盟内频谱租赁及业务卸载。

通过采用以上技术方案，本发明一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法与现有技术对比，其技术效果在于：

第一、本发明针对现有技术中不适合处理密集网络中的资源分配问题，提供了一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其有效地解决了业务不均衡的问题，进而提高了频谱利用率。

第二、本发明针对现有技术中缺乏合适的激励措施促使基站间实施业务卸载等问题，对卸载业务的基站通过频谱租赁技术补偿部分频谱资源实现了基站间的双赢局面。

第三、本发明针对现有技术中计算复杂且收敛速度慢的问题，基于联盟博弈理论，形成了多信道下的稳定联盟，在联盟内求解最优效用问题，减少了计算量的同时加快了收敛速度。

附图说明

图1是本发明提供的异构蜂窝场景下合作方案与非合作方案差异的示意图；

图2是本发明提供的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法；

图3是本发明提供的形成多信道稳定联盟分区流程图；

图4是本发明提供的频谱租赁模型示意图；

图5是本发明提供实施例在随家庭基站数量变化时家庭基站增益效果；

图6是本发明提供实施例宏基站用户增益效果与部署位置关系。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合附图和实施例对本发明进行作进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合图1至图6及具体的实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明实施例主要基于家庭基站网络(FemtocellNetworks)进行说明，旨在提供一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法。

图1为本发明提供的异构蜂窝场景下合作方案与非合作方案差异的示意图，需要说明的是本发明不局限于当前示意图中的家庭基站网络和家庭基站(FBS)数量及用户数量。

一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，包括如下步骤：

步骤1、初始化网络资源状态

初始化网络状态为家庭基站复用宏基站部分频谱资源(可用子信道)，且宏基站和家庭基站保持稳定下行功率传输信号。

步骤2、面向多信道形成稳定联盟分区

以各个独立的正交子信道为单位，宏基站和家庭基站分别基于接收的信道强度指示(RSSI)，形成相应的干扰列表，宏基站按序从干扰列表顶端开始与家庭基站成对磋商(是否有合作意愿)以发现潜在同盟对象，并周期性判断当前考察子信道中宏基站与潜在家庭基站是否合作形成新联盟，直至面向多信道的稳定联盟分区形成。

步骤3、联盟内频谱租赁及业务卸载

基于形成的稳定联盟分区，依据频谱租赁模型提出此模型下的效用函数，并通过凸优化工具求解效用函数最优解。宏基站根据计算所得的最优频谱租赁系数租赁给相应家庭基站一定比例的信道频谱资源，同时通知占用此信道的宏基站用户断开原链接并与相应家庭基站建立新的下行传输链接，相应家庭基站将所得频谱资源中的中继窗口系数比例的频谱资源分配给宏基站用户用于业务传输。

步骤4、考虑网络环境变化时，如用户移动性和新基站部署等，周期性重复以上步骤，实现多信道稳定联盟分区下的联盟内频谱租赁和业务卸载。

在上述技术方案的基础上，所述步骤2如图2所示，其具体步骤包括：

(1)、面向多信道构建干扰列表

1a)、基于接收的信道强度指示(ReceivedSignalStrengthIndicator；RSSI)，宏基站通过所属宏基站用户检测活跃在所有被复用的下行子信道k∈Κ(Κ为复用子信道数量)中的家庭基站，家庭基站亦感知所复用子信道中的宏基站用户。

1b)、所有复用的下行子信道中的宏基站用户m∈k_m(k_m为复用子信道k中的宏基站用户数量)将检测到的家庭基站干扰由强到弱排序分别形成相应子信道的干扰列表，并通过无线信道反馈给宏基站；

1c)、家庭基站n∈N(N为家庭基站数量)将所复用子信道中所感知到的宏基站用户按距离由近到远排序；

(2)、形成稳定联盟

2a)、宏基站基于干扰列表，依次与相应子信道k中的家庭基站n∈N_k,N_k∈N(N_k为复用子信道k的家庭基站数量)成对进行磋商，当家庭基站n有意愿合作形成新联盟，则作为潜在合作对象；

2b)、宏基站与潜在合作家庭基站n计算联盟前的用户效用x_i(S_n,Π_N),(i∈S_n,S_n为此信道下的潜在联盟，i为潜在联盟内宏基站用户m∪家庭基站用户l∈L_n,L_n为家庭基站服务的家庭基站用户数量，Π_N为联盟分区)和联盟总效用ν(S_n,Π_N)。联盟前的联盟总效用ν(S_n,Π_Ν)计算式如下：

上式表示潜在合作联盟内所有用户的效用之和，|S_n|为联盟内用户数量，表示对当前潜在合作联盟内的宏基站用户效用和家庭基站用户效用求和。其中，联盟前的用户效用x_i(S_n,Π_N)可分为宏基站用户效用x_m(S_n,Π_N)和家庭基站用户效用x_l(S_n,Π_N)，分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_m(S_n,{\&Pi;}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}{(S_n,{\&Pi;}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_m^{NC}\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\\ x_l(S_n,{\&Pi;}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}{(S_n,{\&Pi;}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_l^{NC}\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\end{array}\right.$

式中，(S_n,Π_N)^δ和(S_n,Π_N)^δ分别为当前联盟分区下非合作情况的宏基站用户的可达信息速率和家庭基站用户的可达信息速率，S_n为此信道下的潜在联盟，Π_N为当前联盟分区，和分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和家庭基站用户的平均时延，δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，其中，非合作情况下的宏基站用户可达信息速率(S_n,Π_N)^δ计算如下：

${\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}(S_n,{\&Pi;}_N)=Blog(1+\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n\&Element;N_k}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表示宏基站用户m受到相同子信道中家庭基站干扰时的可达信息速率，其中，B表示该宏基站用户m所属子信道的带宽，log为10为底的对数运算，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示家庭基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，|H_0,m|²P₀表示宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户接收到的相同子信道中的家庭基站干扰信号之和，表示宏基站用户m此时的信干噪比。

非合作情况的家庭基站用户可达信息速率(l∈l_n,l_n为家庭基站服务的家庭基站用户数量)按下式计算：

${\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}(S_n,{\&Pi;}_N)=B_l\log (1+\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{|H_{0,l}{|}^2{P}_0+\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k}{\&Sigma;}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表示联盟前家庭基站用户l受到宏基站和相同子信道中家庭基站的干扰时的可达信息速率，其中，B_l表示该家庭基站用户l所属子信道的带宽，|H_n,l|²表示家庭基站n和家庭基站用户l间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，|H_0,l|²表示宏基站和家庭基站用户l之间的信道增益，P₀表示宏基站的发射功率，|H_i,l|²表示家庭基站i和家庭基站用户l间的信道增益，P_i为家庭基站的发射功率，|H_n,l|²P_n表示家庭基站用户接收的有用信号功率，表示家庭基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，|H_0,l|²P₀表示家庭基站用户l接收到宏基站的相同子信道的干扰信号，P_i表示家庭基站用户l接收到相同子信道下的家庭基站i的干扰信号，表示家庭基站用户l此时的信干噪比；

和分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和家庭基站用户的平均时延，计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_m^{NC}=\frac{{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m}^{NC}}{2{\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}({\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}-{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m}^{NC})}\\ D_l^{NC}=\frac{{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l}^{NC}}{2{\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}({\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}-{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l}^{NC})}\end{array}\right.$

其中，考虑非合作情况下最大重传数为D时宏基站用户的实际通信负载和家庭基站用户的实际通信负载分别为

$\left\{\begin{array}{c}{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m}^{NC}={\mathrm{\&lambda;}}_m\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}{\mathrm{Pt}}_m^{NC}{(1-{\mathrm{Pt}}_m^{NC})}^{d-1}\\ {{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l}^{NC}={\mathrm{\&lambda;}}_l\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}{\mathrm{Pt}}_l^{NC}{(1-{\mathrm{Pt}}_l^{NC})}^{d-1}\end{array}\right.$

λ_m和λ_l(bits/s)分别表示按M/D/1排队模型时由泊松到达过程确定分组的宏基站-宏基站用户的平均到达速率和家庭基站-家庭基站用户的平均到达速率，d为当前重传数，和分别表示非合作情况下宏基站用户传输成功的概率和家庭基站用户传输成功的概率，即当信噪比(SINR)高于所设定的相应目标值γ_m、γ_l的概率，(i＝l或m)表示数据第d次重传才成功的概率，计算式分别如下:

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Pt}}_m^{NC}=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{{\&Sigma;}_{n\&Element;N_k}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_m\}\\ {\mathrm{Pt}}_l^{NC}=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_l}{|H_{0,l}{|}^2{P}_0+\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k}{\&Sigma;}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_l\}\end{array}\right.$

其中，Pr{SINR≥γ}表示信干噪比大于一定目标值γ时，数据成功传输的概率分布，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示家庭基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，γ_m为宏用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀表示宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户接收到相同子信道中的家庭基站干扰信号之和，表示宏基站用户m此时的信干噪比；

|H_n,l|²表示家庭基站n和家庭基站用户l间的信道增益，|H_0,l|²表示宏基站和家庭基站用户l之间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，P₀表示宏基站的发射功率，|H_i,l|²表示家庭基站i和家庭基站用户l间的信道增益，P_i为家庭基站的发射功率，γ_l为家庭基站用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀表示家庭基站用户接收到的有用信号功率，表示家庭基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，|H_0,l|²P₀表示家庭基站用户接收到宏基站的相同子信道的干扰信号，表示家庭基站用户接收到相同子信道下的家庭基站的干扰信号，表示家庭基站用户l此时的信干噪比。

2c)、宏基站与潜在联盟家庭基站估算联盟后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_Ν)和联盟总效用ν^*(S_n,Π_Ν)，联盟后的联盟总效用ν^*(S_n,Π_Ν)计算式如下：

该式表示联盟S_n中所有用户的效用之和，|S_n|为当前联盟的用户数量，表示对当前联盟分区内合作后的宏基站用户效用和家庭基站用户效用求和。其中，联盟后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_Ν)可分为宏基站用户效用x_m*(S_n,Π_N)和家庭基站用户效用x_l*(S_n,Π_N)，分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x_m}^{*}(S_n,{\&Pi;}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_m^C{(S_n,{\&Pi;}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_m^C\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\\ {x_l}^{*}(S_n,{\&Pi;}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_l^C{(S_n,{\&Pi;}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_l^C\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\end{array}\right.$

式中，(S_n,Π_N)和(S_n,Π_N)分别为当前联盟分区下合作情况的宏基站用户的可达信息速率和家庭基站用户的可达信息速率，和分别为合作情况下宏基站用户的平均时延和家庭基站用户的平均时延，δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，其中，合作情况下宏基站用户的可达信息速率(S_n,Π_N)按下式计算：

${\mathrm{\&mu;}}_m^C(S_n,{\&Pi;}_N)=Blog(1+\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{\underset{n\&Element;N_k\backslash S_n}{\&Sigma;}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表式宏基站用户m在联盟后受到联盟外的家庭基站n，n∈N_k\S_n的干扰时的可达信息速率，B表示该宏基站用户m所属子信道的带宽，log为10为底的对数运算，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示家庭基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，|H_0,m|²P₀为宏基站用户接收到的有用信号功率，即宏基站用户接收到联盟外的家庭基站的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户合作情况下的信干噪比；

合作情况下家庭基站用户l的可达信息速率(S_n,Π_N)按下式计算：

${\mathrm{\&mu;}}_l^C(S_n,{\&Pi;}_N)=B_{l}log(1+\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k\backslash S_n}{\&Sigma;}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表示家庭基站用户在联盟后受到联盟外家庭基站n∈N_k\S_n的干扰时的可达信息速率，其中，B_l表示该家庭基站用户l所属子信道的带宽，|H_n,l|²表示家庭基站n和家庭基站用户l间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，|H_i,l|²表示家庭基站i和家庭基站用户l间的信道增益，P_i为家庭基站的发射功率，|H_n,l|²P_n表示家庭基站用户接收到的有用信号功率，即家庭基站用户接收到联盟外的家庭基站的干扰信号和高斯白噪声之和，为家庭基站用户在合作情况下的信干噪比；

和分别为合作情况下宏基站用户的平均时延和家庭基站用户的平均时延，计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_m^C=\frac{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m^C}{2{\mathrm{\&mu;}}_m^C({\mathrm{\&mu;}}_m^C-{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m^C)}\\ D_l^C=\frac{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l^C}{2{\mathrm{\&mu;}}_l^C({\mathrm{\&mu;}}_l^C-{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l^C)}\end{array}\right.$

其中，合作情况下考虑最大重传数为D时宏基站用户的实际通信负载和家庭基站用户的实际通信负载分别为

$\left\{\begin{array}{c}{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m^C={\mathrm{\&lambda;}}_m^C\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}{\mathrm{Pt}}_m^C{(1-{\mathrm{Pt}}_m^C)}^{d-1}\\ {\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l^C={\mathrm{\&lambda;}}_l^C\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}{\mathrm{Pt}}_l^C{(1-{\mathrm{Pt}}_l^C)}^{d-1}\end{array}\right.$

λ_m和λ_l(bits/s)分别表示按M/D/1排队模型时由泊松到达过程确定分组的宏基站-宏基站用户的平均到达速率和家庭基站-家庭基站用户的平均到达速率，d为当前重传数，和分别表示合作情况下宏基站用户传输成功的概率和家庭基站用户传输成功的概率，即当信噪比(SINR)高于所设定的相应目标值γ_m、γ_l的概率，计算式分别如下:

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Pt}}_m^C=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{\underset{n\&Element;N_k\backslash S_n}{\&Sigma;}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_m\}\\ {\mathrm{Pt}}_l^C=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k\backslash S_n}{\&Sigma;}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_l\}\end{array}\right.$

其中，Pr{SINR≥γ}表示信干噪比大于一定目标值γ时，数据成功传输的概率分布，|H_0,m|²表示宏基站和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示家庭基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，γ_m为宏用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀为宏基站用户接收到的有用信号功率，

表示宏基站用户接收到联盟外相同子信道中家庭基站的全部干扰信号，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户m合作情况下的信干噪比；

|H_n,l|²表示家庭基站n和家庭基站用户l间的信道增益，P_n表示家庭基站n的发射功率，|H_i,l|²表示家庭基站i和家庭基站用户l间的信道增益，P_i为家庭基站的发射功率，γ_l为家庭基站用户成功传输目标值，|H_n,l|²P表示家庭基站用户接收到的有用信号功率，表示家庭基站用户接收到的联盟外相同子信道中家庭基站的干扰信号，表示家庭基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示家庭基站用户l合作情况下的信干噪比。

2d)、当宏基站与家庭基站合作后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_Ν)和联盟总效用ν^*(S_n,Π_Ν)均不小于合作前效用时，即x_i ^*(S_n,Π_Ν)>x_i(S_n,Π_Ν)和ν^*(S_n,Π_Ν)＞ν(S_n,Π_Ν)，则宏基站与家庭基站间通过有线信道反馈正式形成联盟；否则，判断宏基站与下一潜在合作家庭基站是否形成新联盟；

2e)、宏基站按序与所有干扰列表中的家庭基站依序执行2a、2b、2c、2d，直至所有复用子信道中稳定联盟形成。

图4是本发明提供的频谱租赁模型示意图，频谱租赁模型将家庭基站所复用的子信道频谱归一化为一个单位长度，同时将每个单位划分成三部分：

第一部分单位长度为1-α，宏基站传输信号给所属宏基站用户，

第二部分单位长度为αβ，微基站作为中继传输信号给被卸载的宏基站用户，

第三部分单位长度为α(1-β)，微基站传输信号给所属微基站用户，

其中，为频谱租赁系数表示宏基站租赁给微基站的信道频谱资源，为中继传输窗口系数表示微基站为卸载的宏基站用户分配的中继频谱资源。

本发明的效果可以通过仿真进一步说明：

1.仿真条件：

本发明的仿真场景是由一个宏基站和多个家庭基站重叠覆盖构成的密集异构蜂窝网络，宏基站覆盖范围是半径为1Km的六边形，其中部署N个家庭基站及M个宏基站用户，家庭基站覆盖范围是半径为20m的圆形区域，包含一个家庭基站用户，我们默认发射功率在整个联盟形成过程当中保持不变。下行方向传输过程中信号主要受到由路径损耗、阴影衰落等关于距离的因素的影响。另外，当家庭基站与宏基站用户建立下行方向连接时，需要多考虑12dB的穿墙损耗。网络中宏基站部署500个可用下行子载波，每个子载波分配180KHz带宽，并且属于不同的OFDMA子信道。表1中列出了根据3GPP标准制定的仿真参数。由于家庭基站及所有用户均是随机部署，为消除产生信道随机性的影响，所有的仿真数据均经过10次循环取平均值。

表1异构蜂窝网络仿真环境参数设置

2.仿真内容和结果

从图5可见，随家庭基站密度增大，在一定范围内，家庭基站通过合作相关增益增大，但超过一定值时，相关效益反而降低，究其原因是因为几乎所有的宏基站下行子信道都已选择了当前最优的家庭基站结成联盟，宏基站频段变得拥挤，不再会有多余的用户卸载给家庭基站。总而言之，在家庭基站部署率高的区域采用本文所提出的联盟合作模型，将会取得较高的收益。

图6给出宏基站用户增益效果与部署位置关系，得出在宏基站覆盖的边沿区域，网络状况差且中断率高，若在这种情况下宏基站能够找到能够形成联盟的家庭基站，将会取得更好的效用，同时我们也可以看到宏基站边缘区域联盟数量是最多的(即卸载了最多的宏基站用户)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、初始化网络资源状态；

S2、面向多信道形成稳定联盟分区；

S3、联盟内频谱租赁及业务卸载；

S4、考虑网络环境变化时，周期性重复以上步骤，实现多信道稳定联盟分区下的联盟内频谱租赁和业务卸载。

2.根据权利要求1所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，步骤S1所述初始化网络资源状态中，微基站复用宏基站的部分频谱资源，且宏基站和微基站保持固定的下行功率传输信号。

3.根据权利要求2所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，所述固定的下行功率为最大的下行功率。

4.根据权利要求1所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，步骤S2所述面向多信道形成稳定联盟分区的方法步骤为：

S21、面向多信道构建干扰列表；

S22、形成稳定联盟。

5.根据权利要求4所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，步骤S21所述面向多信道构建干扰列表的方法为：

S21a、基于接收的信道强度指示(RSSI)，宏基站通过所属宏基站用户检测活跃在所有被复用的下行子信道k∈Κ(Κ为复用子信道数量)中的微基站，微基站亦感知所复用子信道中的宏基站用户；

S21b、所有复用的下行子信道中的宏基站用户m∈k_m(k_m为复用子信道k中的宏基站用户数量)将检测到的微基站干扰由强到弱排序，分别形成相应子信道的干扰列表，并通过无线信道反馈给宏基站；

S21c、微基站n∈N(N为微基站数量)将所复用子信道中所感知到的宏基站用户按距离由近到远排序。

6.根据权利要求4所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，步骤S22所述形成稳定联盟的方法为：

S22a、宏基站基于干扰列表，依次与相应子信道k中的微基站n∈N_k,N_k∈N(N_k为复用子信道k的微基站数量)成对进行磋商，当微基站n有意愿合作形成新联盟，则作为潜在合作对象；

S22b、宏基站与潜在合作微基站n计算联盟前的用户效用x_i(S_n,Π_N),(i∈S_n,S_n为此信道下的潜在联盟，i为潜在联盟内宏基站用户m∪微基站用户l∈L_n,L_n为微基站服务的微基站用户数量，Π_N为联盟分区)和联盟总效用ν(S_n,Π_N)；联盟前的联盟总效用ν(S_n,Π_Ν)计算式如下：

上式表示潜在合作联盟内所有用户的效用之和，|S_n|为联盟内用户数量，表示对当前潜在合作联盟内的宏基站用户效用和微基站用户效用求和；其中，联盟前的用户效用x_i(S_n,Π_N)可分为宏基站用户效用x_m(S_n,Π_N)和微基站用户效用x_l(S_n,Π_N)，分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_m(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}{(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_m^{NC}\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\\ x_l(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}{(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_l^{NC}\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\end{array}\right.$

式中，和分别为当前联盟分区下非合作情况的宏基站用户的可达信息速率和微基站用户的可达信息速率，S_n为此信道下的潜在联盟，Π_N为当前联盟分区，和分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，其中，非合作情况下的宏基站用户可达信息速率计算如下：

${\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=Blog(1+\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n\&Element;N_k}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表示宏基站用户m受到相同子信道中微基站干扰时的可达信息速率，其中，B表示该宏基站用户m所属子信道的带宽，log为10为底的对数运算，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，|H_0,m|²P₀表示宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户接收到的相同子信道中的微基站干扰信号之和，表示宏基站用户m此时的信干噪比；

非合作情况的微基站用户可达信息速率为微基站服务的微基站用户数量)按下式计算：

${\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=B_{l}log(1+\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{|H_{0,l}{|}^2{P}_0+\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k}{\mathrm{\&Sigma;}}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表示联盟前微基站用户l受到宏基站和相同子信道中微基站的干扰时的可达信息速率，其中，B_l表示该微基站用户l所属子信道的带宽，|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，|H_0,l|²表示宏基站和微基站用户l之间的信道增益，P₀表示宏基站的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，|H_n,l|²P_n表示微基站用户接收的有用信号功率，表示微基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，|H_0,l|²P₀表示微基站用户l接收到宏基站的相同子信道的干扰信号，表示微基站用户l接收到相同子信道下的微基站i的干扰信号，表示微基站用户l此时的信干噪比；

和分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_m^{NC}=\frac{{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m}^{NC}}{2{\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}({\mathrm{\&mu;}}_m^{NC}-{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m}^{NC})}\\ D_l^{NC}=\frac{{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l}^{NC}}{2{\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}({\mathrm{\&mu;}}_l^{NC}-{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l}^{NC})}\end{array}\right.$

其中，考虑非合作情况下最大重传数为D时宏基站用户的实际通信负载和微基站用户的实际通信负载分别为

$\left\{\begin{array}{c}{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m}^{NC}={\mathrm{\&lambda;}}_m\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}P{t}_m^{NC}{\left(1-{\mathrm{Pt}}_m^{NC}\right)}^{d-1}\\ {{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l}^{NC}={\mathrm{\&lambda;}}_l\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}{\mathrm{Pt}}_l^{NC}{(1-{\mathrm{Pt}}_l^{NC})}^{d-1}\end{array}\right.$

λ_m和λ_l(bits/s)分别表示按M/D/1排队模型时由泊松到达过程确定分组的宏基站-宏基站用户的平均到达速率和微基站-微基站用户的平均到达速率，d为当前重传数，Pt_m ^NC和Pt_l ^NC分别表示非合作情况下宏基站用户传输成功的概率和微基站用户传输成功的概率，即当信噪比(SINR)高于所设定的相应目标值γ_m、γ_l的概率，(i＝l或m)表示数据第d次重传才成功的概率，计算式分别如下:

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Pt}}_m^{NC}=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n\&Element;N_k}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_m\}\\ {\mathrm{Pt}}_l^{NC}=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_l}{|H_{0,l}{|}^2{P}_0+\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k}{\mathrm{\&Sigma;}}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_l\}\end{array}\right.$

其中，Pr{SINR≥γ}表示信干噪比大于一定目标值γ时，数据成功传输的概率分布，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，γ_m为宏用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀表示宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户接收到相同子信道中的微基站干扰信号之和，表示宏基站用户m此时的信干噪比；

|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，|H_0,l|²表示宏基站和微基站用户l之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，P₀表示宏基站的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，γ_l为微基站用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀表示微基站用户接收到的有用信号功率，表示微基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，|H_0,l|²P₀表示微基站用户接收到宏基站的相同子信道的干扰信号，表示微基站用户接收到相同子信道下的微基站的干扰信号，表示微基站用户l此时的信干噪比；

S22c、宏基站与潜在联盟微基站估算联盟后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_Ν)和联盟总效用ν^*(S_n,Π_Ν)；联盟后的联盟总效用ν^*(S_n,Π_Ν)计算式如下：

该式表示联盟S_n中所有用户的效用之和，|S_n|为当前联盟的用户数量，表示对当前联盟分区内合作后的宏基站用户效用和微基站用户效用求和；其中，联盟后的用户效用可分为宏基站用户效用和微基站用户效用分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x_m}^{*}(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_m^C{(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_m^C\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\\ {x_l}^{*}(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_l^C{(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)}^{\mathrm{\&delta;}}}{{\left(D_l^C\right)}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\end{array}\right.$

式中，和分别为当前联盟分区下合作情况的宏基站用户的可达信息速率和微基站用户的可达信息速率，和分别为合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，其中，合作情况下宏基站用户的可达信息速率按下式计算：

${\mathrm{\&mu;}}_m^C(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=Blog(1+\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{\underset{n\&Element;N_k\backslash S_n}{\&Sigma;}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表式宏基站用户m在联盟后受到联盟外的微基站n，n∈N_k\S_n的干扰时的可达信息速率，B表示该宏基站用户m所属子信道的带宽，log为10为底的对数运算，|H_0,m|²表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，|H_0,m|²P₀为宏基站用户接收到的有用信号功率，即宏基站用户接收到联盟外的微基站的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户合作情况下的信干噪比；

合作情况下微基站用户l的可达信息速率按下式计算：

${\mathrm{\&mu;}}_l^C(S_n,{\mathrm{\&Pi;}}_N)=B_{l}log(1+\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k\backslash S_n}{\&Sigma;}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2})$

该式表示微基站用户在联盟后受到联盟外微基站n∈N_k\S_n的干扰时的可达信息速率，其中，B_l表示该微基站用户l所属子信道的带宽，|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，|H_n,l|²P_n表示微基站用户接收到的有用信号功率，即微基站用户接收到联盟外的微基站的干扰信号和高斯白噪声之和，为微基站用户在合作情况下的信干噪比；

和分别为合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时延，计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_m^C=\frac{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m^C}{2{\mathrm{\&mu;}}_m^C({\mathrm{\&mu;}}_m^C-{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m^C)}\\ D_l^C=\frac{{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l^C}{2{\mathrm{\&mu;}}_l^C({\mathrm{\&mu;}}_l^C-{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l^C)}\end{array}\right.$

其中，合作情况下考虑最大重传数为D时宏基站用户的实际通信负载和微基站用户的实际通信负载分别为

$\left\{\begin{array}{c}{\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_m^C={\mathrm{\&lambda;}}_m^C\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}P{t}_m^C{\left(1-{\mathrm{Pt}}_m^C\right)}^{d-1}\\ {\widetilde{\mathrm{\&lambda;}}}_l^C={\mathrm{\&lambda;}}_l^C\underset{d=1}{\overset{D}{\&Sigma;}}{\mathrm{Pt}}_l^C{(1-{\mathrm{Pt}}_l^C)}^{d-1}\end{array}\right.$

λ_m和λ_l(bits/s)分别表示按M/D/1排队模型时由泊松到达过程确定分组的宏基站-宏基站用户的平均到达速率和微基站-微基站用户的平均到达速率，d为当前重传数，和分别表示合作情况下宏基站用户传输成功的概率和微基站用户传输成功的概率，即当信噪比(SINR)高于所设定的相应目标值γ_m、γ_l的概率，计算式分别如下:

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Pt}}_m^{NC}=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{0,m}{|}^2{P}_0}{\underset{n\&Element;N_k\backslash S_n}{\mathrm{\&Sigma;}}|H_{n,m}{|}^2{P}_n+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_m\}\\ {\mathrm{Pt}}_l^C=\mathrm{Pr}\{\frac{|H_{n,l}{|}^2{P}_n}{\underset{i=1,i\&NotEqual;n}{\overset{N_k\backslash S_n}{\mathrm{\&Sigma;}}}|H_{i,l}{|}^2{P}_i+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_l\}\end{array}\right.$

其中，Pr{SINR≥γ}表示信干噪比大于一定目标值γ时，数据成功传输的概率分布，|H_0,m|²表示宏基站和宏基站用户m之间的信道增益，P₀表示宏基站对于其用户m的发射功率，|H_n,m|²表示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，σ²为高斯白噪声(AWGN)均方值，γ_m为宏用户成功传输目标值，|H_0,m|²P₀为宏基站用户接收到的有用信号功率，表示宏基站用户接收到联盟外相同子信道中微基站的全部干扰信号，表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示宏基站用户m合作情况下的信干噪比；

|H_n,l|²表示微基站n和微基站用户l间的信道增益，P_n表示微基站n的发射功率，|H_i,l|²表示微基站i和微基站用户l间的信道增益，P_i为微基站的发射功率，γ_l为微基站用户成功传输目标值，|H_n,l|²P表示微基站用户接收到的有用信号功率，表示微基站用户接收到的联盟外相同子信道中微基站的干扰信号，表示微基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，表示微基站用户l合作情况下的信干噪比；

S22d、当宏基站与微基站合作后的用户效用x_i ^*(S_n,Π_N)和联盟总效用ν^*(S_n,Π_N)均不小于合作前效用时，即x_i ^*(S_n,Π_N)>x_i(S_n,Π_N)和ν^*(S_n,Π_N)＞ν(S_n,Π_N)，则宏基站与微基站间通过有线信道反馈正式形成联盟；否则，判断宏基站与下一潜在合作微基站是否形成新联盟；

S22e、宏基站按序与所有干扰列表中的微基站依序执行S22a、S22b、S22c、S22d，直至所有复用子信道中稳定联盟形成。

7.根据权利要求6所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，任一子信道中微基站脱离当前联盟形成的新联盟分区的联盟总效用小于当前稳定联盟分区的联盟总效用。

8.根据权利要求1所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，步骤S3所述联盟内频谱租赁及业务卸载的方法为：

S31、基于形成的稳定联盟分区，依据频谱租赁模型，通过凸优化工具求解最优频谱租赁系数的最优解；

S32、宏基站根据计算所得的最优频谱租赁系数租赁给相应微基站信道频谱资源，同时通知占用此信道的宏基站用户断开原链接并与相应微基站建立新的下行传输链接，相应微基站将所得频谱资源中的中继窗口系数比例的频谱资源分配给宏基站用户用于业务传输。

9.根据权利要求8所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，步骤S31中所述求解最优频谱租赁系数的最优解的方法为：

频谱租赁模型将微基站复用的子信道频谱归一化为一个单位长度，同时将每个单位划分成三部分：

第一部分单位长度为1-α，宏基站传输信号给所属宏基站用户；

第二部分单位长度为αβ，微基站作为中继传输信号给被卸载的宏基站用户；

第三部分单位长度为α(1-β)，微基站传输信号给所属微基站用户；

其中，α为频谱租赁系数表示宏基站租赁给微基站的信道频谱资源，β为中继传输窗口系数表示微基站为卸载的宏基站用户分配的中继频谱资源；

依据频谱租赁模型提出此模型下的效用函数，并通过凸优化工具求解以频谱租赁系数α和中继传输窗口系数β为变量的最优解：

$\left\{\begin{array}{cc}\underset{\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}}{\max }& x_i^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})\\ \underset{\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}}{\max }& v^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})\\ s.t.& 0<\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;}<1\end{array}\right.$

上式表示在满足0<α,β<1的条件时，求解在稳定联盟分区中基于频谱租赁模型的最大用户效用x_i'(S′_n,Π′_N)和最大联盟总效用ν'(S′_n,Π′_N)，S′_n为当前稳定联盟分区下的联盟，Π′_N为当前稳定联盟分区；其中，用户效用x′_i(S′_n,Π′_N)可分为宏基站用户效用x′_m(S′_n,Π′_N)和微基站用户效用x′_l(′'_n,Π′_N)，分别按下式计算：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_m^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})=\frac{{\mathrm{\&alpha;\&beta;\&mu;}}_m^{\&prime;}{(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})}^{\mathrm{\&delta;}}}{{D_m^{\&prime;}}^{(1-\mathrm{\&delta;})}})\\ x_l^{\&prime;}(S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})=\frac{\mathrm{\&alpha;}(1-\mathrm{\&beta;}){\mathrm{\&mu;}}_l^{\&prime;}{(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})}^{\mathrm{\&delta;}}}{{D_l^{\&prime;}}^{(1-\mathrm{\&delta;})}}\end{array}\right.$

和

δ∈(0,1)为传输容量-时延权衡系数，即***对传输时延的容忍度，α和β分别为频谱租赁系数和中继传输窗口系数；其中，优化问题中的宏基站用户的可达信息速率μ′_m(α,β,S′_n,Π′_N)和微基站用户的可达信息速率μ′_l(α,β,S′_n,Π′_N)计算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&mu;}}_m^{\&prime;}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})=\mathrm{\&alpha;}\mathrm{\&beta;}{\mathrm{\&mu;}}_m^C(S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})\\ {\mathrm{\&mu;}}_l^{\&prime;}(\mathrm{\&alpha;},\mathrm{\&beta;},S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})=\mathrm{\&alpha;}(1-\mathrm{\&beta;}){\mathrm{\&mu;}}_l^C(S_n^{\&prime;},{\mathrm{\&Pi;}}_N^{\&prime;})\end{array}\right.$

表示当前联盟分区下宏基站用户和微基站用户在频谱租赁模型下的可达信息速率，和分别是当前联盟分区下合作情况下的宏基站用户可达信息速率和微基站用户可达信息速率，计算式如S22c中所示。

10.根据权利要求1所述的一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，其特征在于，步骤S4所述考虑网络环境变化时的处理方法为：当网络环境变化时，周期性重复步骤S2的面向多信道形成稳定联盟分区和步骤S3的联盟内频谱租赁及业务卸载；当网络环境没有变化时，周期性重复步骤S1的初始化网络资源状态、S2的面向多信道形成稳定联盟分区和步骤S3的联盟内频谱租赁及业务卸载。