有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源 分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，通信技術(shù)發(fā)展迅猛，各種無(wú)線通信系統(tǒng)為用戶提供了各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括 無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)、公眾移動(dòng)通信網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，以及AdHoc網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)等。盡管這些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為用戶提供了多種多樣的通信方式、接入手段和無(wú)處不 在的接入服務(wù)，但是，每種服務(wù)都有各自的特性，例如WLAN能提供高速率，但是只有在熱點(diǎn) 地方才能使用，3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣但是傳輸速率低，充分利用不同網(wǎng)絡(luò)間的互補(bǔ)特性，實(shí)現(xiàn) 異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)融合能更好的滿足用戶的需求。
[0003] 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合是下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)下，一個(gè)必須 要考慮并解決的關(guān)鍵問(wèn)題是：如何使任何用戶在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都能獲得具有QoS保證 的服務(wù)。異構(gòu)環(huán)境下具備QoS保證的關(guān)鍵技術(shù)研宄無(wú)論是對(duì)于最優(yōu)化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源，還 是對(duì)于接入網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)同工作方式的設(shè)計(jì)，都是非常必要的，已成為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的一個(gè) 重要研宄方面。目前的研宄主要集中在呼叫接入控制（CAC)、垂直切換、異構(gòu)資源分配和網(wǎng) 絡(luò)選擇等資源管理算法方面。傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的資源管理算法已經(jīng)被廣泛地研宄并取得 了豐碩的成果，但是在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合系統(tǒng)中的資源管理由于各網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性、用戶的移動(dòng) 性、資源和用戶需求的多樣性和不確定性，給該課題的研宄帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的專利1(異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)能資源分配方法，重慶郵電大學(xué)，公開(kāi) 號(hào)CN104159314A，申請(qǐng)?zhí)朇N201410445786,申請(qǐng)日2014. 09. 03)公開(kāi)了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的分 布式節(jié)能資源分配方法，屬于異構(gòu)網(wǎng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：小區(qū)內(nèi) 的家庭基站根據(jù)其所有用戶的受干擾情況得到相應(yīng)的相鄰干擾列表；小區(qū)內(nèi)的家庭基站根 據(jù)新的效用函數(shù)得到初步子信道分配；小區(qū)內(nèi)的家庭基站基于各自的相鄰干擾列表對(duì)確 定的初步子信道分配進(jìn)行協(xié)作子信道分配；小區(qū)內(nèi)的家庭基站在確定子信道分配后根據(jù) 新的效用函數(shù)進(jìn)行功率分配，宏基站在每個(gè)子信道上進(jìn)行非均勻定價(jià)。本方法可以有效地 降低家庭基站之間的同層干擾，有效保證每個(gè)子信道上宏用戶的QoS要求，從而有效降低 了家庭基站對(duì)宏用戶的跨層干擾。又如專利2(-種基于凸優(yōu)化方法的認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合 資源分配的方法，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，公開(kāi)號(hào)CN104159311A，申請(qǐng)?zhí)朇N201410414601，申請(qǐng)日 2014. 08. 21) -種基于凸優(yōu)化方法的認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配的方法，本發(fā)明涉及一種 基于凸優(yōu)化方法的認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配的方法。本發(fā)明是要解決目前采用聯(lián)合分配 方法分配帶寬和功率從而實(shí)現(xiàn)最大化信道容量的算法中，沒(méi)有考慮到主用戶在一定時(shí)間間 隔內(nèi)出現(xiàn)的概率不同的問(wèn)題而提出的一種基于凸優(yōu)化方法的認(rèn)知異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配 的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，該資源分配方法在 比例率約束條件下，以系統(tǒng)總速率最大化為目標(biāo)，對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源進(jìn)行分配，高效、可 靠，可以顯著提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)的總速率。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：
[0007] 一種有比例約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集可用的無(wú)線資源；
[0009] 步驟2、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集用戶設(shè)備的資源使用申請(qǐng)；以及
[0010] 步驟3、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器使用細(xì)菌菌落優(yōu)化算法對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行分配。
[0011] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述步驟3的資源分配，具體步驟如下：
[0012] 步驟3. 1、初始化細(xì)菌菌落優(yōu)化算法的參數(shù)；
[0013] 步驟3. 2、隨機(jī)產(chǎn)生Si個(gè)個(gè)體，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)最優(yōu)個(gè)體；
[0014] 步驟3. 3、根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化方向?qū)?xì)菌進(jìn)行泳動(dòng)、翻滾或停留操作；
[0015] 步驟3. 4、根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化的方向和次數(shù)確定細(xì)菌的動(dòng)作-繁殖、死亡或不 變；
[0016] 步驟3. 5、重復(fù)步驟3. 2~3. 4,直至最大迭代次數(shù)或種群個(gè)體數(shù)為0,輸出最優(yōu)個(gè) 體解。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1)采用細(xì)菌菌落優(yōu)化算法進(jìn)行資源 分配，滿足資源分配要求；（2)以速率最大化為目標(biāo)顯著提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)的總速率； (3)為高效利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線資源提供技術(shù)支持。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明有比例約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配流程圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明細(xì)菌菌落算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 結(jié)合圖1，本發(fā)明有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，包括以下步驟：
[0023] 步驟1、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集可用的無(wú)線資源；
[0024] 步驟2、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集用戶設(shè)備的資源使用申請(qǐng)；以及
[0025] 步驟3、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器使用細(xì)菌菌落優(yōu)化算法對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行分配。
[0026] 本例中，前述步驟1所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集可用的無(wú)線資源，包括LTE和 WLAN〇
[0027] 圖2所示為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配示意圖。
[0028] 結(jié)合前述圖2和圖3所示，作為優(yōu)選，前述步驟3所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器使用 細(xì)菌菌落優(yōu)化算法對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行分配，具體步驟如下：
[0029] 步驟3. 1、初始化細(xì)菌菌落優(yōu)化算法的參數(shù)；
[0030] 步驟3. 2、隨機(jī)產(chǎn)生Si個(gè)個(gè)體，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)最優(yōu)個(gè)體；
[0031] 步驟3. 3、根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化方向?qū)?xì)菌進(jìn)行泳動(dòng)、翻滾或停留操作；
[0032] 步驟3. 4、根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化的方向和次數(shù)確定細(xì)菌的動(dòng)作-繁殖、死亡或不 變；
[0033] 步驟3. 5、重復(fù)步驟3. 2~3. 4,直至最大迭代次數(shù)或種群個(gè)體數(shù)為0,輸出最優(yōu)個(gè) 體解。
[0034] 下面結(jié)合附圖1-3所示，具體說(shuō)明前述步驟3的示例性實(shí)現(xiàn)。
[0035]步驟3. 1、初始化細(xì)菌菌落優(yōu)化算法的參數(shù)
[0036] 初始化：種群初始數(shù)量Sp種群最大數(shù)量S，最大迭代次數(shù)GENMAX，個(gè)體最長(zhǎng)壽命 N，繁殖條件NH，死亡條件隊(duì)，系數(shù)Cl、c2、R。
[0037] 步驟3. 2、隨機(jī)產(chǎn)生Si個(gè)個(gè)體，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)最優(yōu)個(gè)體
[0038]隨機(jī)產(chǎn)生Si個(gè)個(gè)體，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)估，初始化的個(gè)體必須滿足公式（1)，（2)， (3)：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集可用的無(wú)線資源； 步驟2、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集用戶設(shè)備的資源使用申請(qǐng)；以及 步驟3、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器使用細(xì)菌菌落優(yōu)化算法對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，其特征在于， 步驟1所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器收集可用的無(wú)線資源，包括LTE和WLAN。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，其特征在于， 步驟3所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)智能集中器使用細(xì)菌菌落優(yōu)化算法對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行分配，具體步驟 如下： 步驟3. 1、初始化細(xì)菌菌落優(yōu)化算法的參數(shù)； 步驟3. 2、隨機(jī)產(chǎn)生Si個(gè)個(gè)體，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)最優(yōu)個(gè)體； 步驟3. 3、根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化方向?qū)?xì)菌進(jìn)行泳動(dòng)、翻滾或停留操作； 步驟3. 4、根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化的方向和次數(shù)確定細(xì)菌的動(dòng)作-繁殖、死亡或不變； 步驟3. 5、重復(fù)步驟3. 2~3. 4,直至最大迭代次數(shù)或種群個(gè)體數(shù)為0,輸出最優(yōu)個(gè)體解。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，其特征在于， 步驟3. 1所述的初始化細(xì)菌菌落優(yōu)化算法的參數(shù)，具體為： 初始化種群初始數(shù)量Sp種群最大數(shù)量S，最大迭代次數(shù)GENMAX，個(gè)體最長(zhǎng)壽命N，繁殖 條件Nh，死亡條件隊(duì)，系數(shù)C1、c2、R。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，其特征在于， 步驟3. 2,隨機(jī)產(chǎn)生Si個(gè)個(gè)體，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)估，初始化的個(gè)體滿足公式（1)，（2)，（3):
其中，a ik表示第k個(gè)用戶被分配到第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，表示第k個(gè)用戶被分配到LTE 第η個(gè)資源元素上，tki表示第k個(gè)用戶分配到第i個(gè)WLAN的時(shí)間片段，L是可以網(wǎng)絡(luò)的個(gè) 數(shù)，K是用戶個(gè)數(shù)。 對(duì)個(gè)體的評(píng)價(jià)按公式（4)進(jìn)行：
其中，γ k是比例約束系數(shù)，r _表示用戶k所在的LTE的第η個(gè)資源元素的速率，r ki表 示用戶k所在的第i個(gè)WLAN的速率，tki表示第k個(gè)用戶分配到第i個(gè)WLAN的時(shí)間片段， N是OFDM總資源數(shù)，L是可以網(wǎng)絡(luò)的個(gè)數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，其特征在于， 步驟3. 3,根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化方向?qū)?xì)菌進(jìn)行泳動(dòng)、翻滾或停留操作： 當(dāng)細(xì)菌的第k次迭代的適應(yīng)度值大于第k-1次迭代的適應(yīng)度值，細(xì)菌進(jìn)行停留和泳動(dòng)， 泳動(dòng)按公式（5)進(jìn)行： Xk+1 = X ,+C1^1* (Xk-Xlrt) +C2*r2* (g-Xk) (5) 當(dāng)細(xì)菌的第k次迭代的適應(yīng)度值小于第k-1次迭代的適應(yīng)度值，細(xì)菌進(jìn)行翻滾，翻滾按 公式（6)進(jìn)行： Xk+1 = X ,-C1^1* (Xk-Xlrt) +C2*r2* (g-Xk) (6) 當(dāng)細(xì)菌的第k次迭代的適應(yīng)度值等于第k-1次迭代的適應(yīng)度值，細(xì)菌進(jìn)行停留，停留按 公式（7)進(jìn)行： Xk+1=Xk+R*r (7) 其中，C1, C2, R是前述初始化的常數(shù)，r 2是[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)，X k是第k次迭 代的位置，Xk+1是第k-Ι次迭代的位置，r = (ri，r2，，，rd)，r^ [0，1]之間的隨機(jī)數(shù)，g是全 局最優(yōu)位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，其特征在于， 步驟3. 4,根據(jù)細(xì)菌適應(yīng)值變化的方向和次數(shù)確定細(xì)菌的動(dòng)作-繁殖、死亡或不變； 當(dāng)細(xì)菌向適應(yīng)值變大的方向移動(dòng)乂次，并且種群規(guī)模小于最大數(shù)量S，細(xì)菌進(jìn)行繁殖： 細(xì)菌生成和自己位置一樣的個(gè)體； 當(dāng)細(xì)菌向適應(yīng)值變小的方向移動(dòng)NJ欠，細(xì)菌死亡； 當(dāng)細(xì)菌向適應(yīng)值變大的方向和適應(yīng)值變小的方向交替移動(dòng)N次，細(xì)菌死亡； 其他情況，細(xì)菌不變化。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種有比例率約束的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源分配方法，包括以下步驟：步驟1，智能集中控制器收集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中可用的無(wú)線資源；步驟2，智能集中控制器收集用戶設(shè)備的資源使用申請(qǐng)；步驟3，智能集中控制器采用細(xì)菌菌落算法對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線資源進(jìn)行分配。本發(fā)明提供的資源分配方法在比例率約束條件下，以系統(tǒng)總速率最大化為目標(biāo)，對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源進(jìn)行分配，高效、可靠，可以顯著提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)的總速率。
【IPC分類】H04W72-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104640218
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510047744
【發(fā)明人】徐雷, 王俊, 李千目, 唐玲, 楊余旺, 張小飛
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日