【摘要】：無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,構(gòu)成了多無線接入的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,未來無線通信系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢將是異構(gòu)、融合與協(xié)同,它將集成和管理多種異構(gòu)無線接入網(wǎng)絡(luò),為多模終端提供泛在的異構(gòu)無線接入環(huán)境,充分滿足用戶在不同應(yīng)用場景下日益增長的業(yè)務(wù)需求。無線網(wǎng)絡(luò)資源管理技術(shù)是提升系統(tǒng)性能、保證用戶服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)、提升用戶體驗質(zhì)量(Quality of Experience,QoE)的關(guān)鍵技術(shù)。本文緊緊圍繞異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下無線資源管理主題開展工作,側(cè)重研究了在異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中用戶的接入選擇、功率分配以及多業(yè)務(wù)類型的聯(lián)合資源優(yōu)化算法,并對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能效進行了分析和建模,以期達到提升無線異構(gòu)融合系統(tǒng)的通信性能,充分利用系統(tǒng)資源的目的。針對無線異構(gòu)融合環(huán)境下的用戶接入選擇問題,首先從衡量網(wǎng)絡(luò)性能的客觀屬性出發(fā),提出了基于屬性正交化的接入選擇算法。算法根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)剩余帶寬、阻塞率、接入信號強度、逗留時間等屬性構(gòu)建判決矩陣,通過規(guī)范化和正交化的處理方式得到對網(wǎng)絡(luò)實際性能衡量的屬性測度矩陣。再構(gòu)建合理的屬性權(quán)重優(yōu)化函數(shù),并采用混沌螢火蟲算法對屬性權(quán)重優(yōu)化函數(shù)進行求解得到合理的權(quán)重值分配方案,最終為用戶選擇最佳網(wǎng)絡(luò)進行接入。仿真結(jié)果證明了接入算法能夠有效的提升網(wǎng)絡(luò)負載均衡程度,降低用戶丟包率。對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶體驗和綠色節(jié)能的問題。首先從異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合接入選擇和功率分配機制入手,研究一種基于多目標優(yōu)化的聯(lián)合接入選擇和功率分配算法,算法以系統(tǒng)能耗最低和用戶平均體驗質(zhì)量最大化構(gòu)建多目標優(yōu)化模型,通過差分進化算法得到聯(lián)合分配模型的最優(yōu)解集,并結(jié)合TOPSIS的方法從最優(yōu)解集中得到折中的聯(lián)合分配方案。其次,考慮用戶承載業(yè)務(wù)的差異性,研究基于業(yè)務(wù)差異性的聯(lián)合資源分配優(yōu)化算法,該算法從用戶承載業(yè)務(wù)的差異性入手,研究建立基于承載業(yè)務(wù)特性的用戶體驗質(zhì)量模型,并結(jié)合系統(tǒng)能效,提出用戶維度下用戶體驗感知能效最大化的優(yōu)化模型,并通過混沌遺傳算法實現(xiàn)對優(yōu)化模型的求解,從而實現(xiàn)無線用戶有效的接入和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的功率分配。仿真結(jié)果表明,該類算法能夠有效的降低系統(tǒng)能耗,提升系統(tǒng)能效,并能夠有效提升用戶的服務(wù)體驗。針對異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)用戶服務(wù)的公平性問題,首先結(jié)合用戶能效和用戶體驗質(zhì)量構(gòu)建單位能耗下用戶體驗?zāi)Ｐ?QEE),并結(jié)合所提模型的特性,研究用戶在傳輸過程中理論上QEE的最大值。通過優(yōu)化用戶實際傳輸過程中的QEE與理想QEE的貼近度總和最大化,從而實現(xiàn)在保證用戶服務(wù)公平下的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的功率分配。其次,考慮用戶所承載業(yè)務(wù)的重要度,提出區(qū)分業(yè)務(wù)重要度的比例公平優(yōu)化算法,該算法從業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)運行的影響程度入手,利用運籌學理論計算各個業(yè)務(wù)的重要度,并結(jié)合比例公平模型,提出區(qū)分重要度的比例公平模型,進而通過對模型的優(yōu)化實現(xiàn)用戶的最優(yōu)接入和最優(yōu)功率分配方案。該類算法通過公平性指標、后10%用戶的服務(wù)體驗以及劣質(zhì)體驗用戶體驗質(zhì)量比重等方面對用戶的公平性進行了分析,仿真結(jié)果表明,該類算法能夠有效的提升用戶的公平性。此外,還能有效區(qū)分承載不同重要等級業(yè)務(wù)用戶的服務(wù)體驗。研究分布式架構(gòu)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的功率分配問題,提出了基于博弈理論的功率分配算法。首先分析在宏微蜂窩頻率復用的條件下,宏微蜂窩之間的干擾特性和用戶服務(wù)需求。并保證宏蜂窩用戶服務(wù)質(zhì)量需求的前提下,將微蜂窩用戶傳輸功率分配過程建立為微蜂窩用戶非合作博弈的過程,從而通過迭代的方式得到最優(yōu)的功率分配方案。其次,結(jié)合混合供能技術(shù),從可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)保性的角度建立用戶效用模型,并結(jié)合主從博弈理論,提出基于主從博弈的功率分配算法。算法將宏蜂窩用戶和微蜂窩用戶分別建立為領(lǐng)導者和跟隨者,通過分布式迭代算法達到主從博弈的均衡點,從而實現(xiàn)在混合供能異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)框架下用戶功率的分配。仿真結(jié)果表明算法能夠達到博弈的均衡,提升各個博弈參與者的效用。此外還能有效的提升系統(tǒng)性能。
【圖文】：

圖２－１異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)模型逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｙｓｔｅｍ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ邋ｎｅｔｗｏｒｋｓ逡逑

第２章異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中接入選擇算法逡逑２．４仿真結(jié)果分析逡逑本章仿真環(huán)境采用圖２－１所示的仿真場景。假設(shè)用戶隨機分布在重疊覆蓋小區(qū)逡逑中并且其在小區(qū)內(nèi)的移動速度也是從０到１２０ｋｍ／ｈ隨機的分布，所采用的參數(shù)如文逡逑獻［６９］所示。螢火蟲個數(shù)設(shè)為１００只，最大吸引度為１．０，相關(guān)參數(shù)如表２－１所示。逡逑表２－１仿真參數(shù)逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ逡逑ＬＴＥ邐ＷｉＭＡＸ逡逑覆蓋半徑（ｍ）邐２００邐１０００逡逑有效帶寬（ＭＨｚ）邐５．５邐２逡逑實時業(yè)務(wù)帶寬需求（ＫＨｚ）邐１２．２邐１２．２逡逑非實時業(yè)務(wù)帶寬需求（ＫＨｚ）邐６４邐６４逡逑到達率邐１邐１逡逑平均服務(wù)時間邐１00邐１００逡逑２．邋４．邋１收斂性分析逡逑［邐｜邐混沌蠻算法逡逑］邐一？一混沌遺傳算法逡逑２０邋Ｉ邐螢火蟲算法逡逑ｌ１５ｉ邐－逡逑 逡逑Ａ；＼邐逡逑５＾邐＇邐＾邋ｖＶ邋ＪＶ邐＾邋＊邋ｉＶ邋ｃ，邋＊邋＊邋ｓＶ邋Ｗ邐＾邐＊逡逑＼邐＾９￣ｅ－ｅ－ｅ邋ｏ邋ｏｅ邋ｏ邋ｏ邋0ｅ－00邋0邋0邋0逡逑ｏ邐、邋一－邋—邋．一邋＊邐４邋，邋，邋，邋，逡逑０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０邐３００逡逑迭代次數(shù)逡逑圖２－２算法收斂性逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ邋ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ逡逑本章參考文獻［７０］，采用測試函數(shù)對混沌螢火蟲算法、螢火蟲算法和混沌遺傳逡逑算法的性能進行對比分析。其對比結(jié)果如圖２－２所示，可以看出在迭代次數(shù)相同的逡逑情況下
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN92

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