異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中接入選擇和資源分配研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷增長的業(yè)務(wù)需求與有限資源之間的矛盾日益突出，如何匹配資源需求與資源分配成為研究的熱點。未來的無線通信網(wǎng)絡(luò)將會變成密集的、不規(guī)則的、自組織性的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，用戶終端可能同時處于多種無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋之下，研究終端需求與資源分配的匹配也就是研究終端應(yīng)該接入哪種網(wǎng)絡(luò)才能更有效的利用資源，這就是網(wǎng)絡(luò)的接入選擇問題。如何在復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選擇提升系統(tǒng)性能并滿足自身服務(wù)質(zhì)量需求，具有重要研究意義。
　　解決網(wǎng)絡(luò)接入

2、選擇的方法可以分為兩類:以網(wǎng)絡(luò)為中心的方法和以用戶為中心的方法。以網(wǎng)絡(luò)為中心的方法通常將網(wǎng)絡(luò)選擇，即用戶歸屬和資源分配聯(lián)系在一起考慮，已有的網(wǎng)絡(luò)選擇方法大都基于固定的頻率空間復(fù)用方案，這將不再適用于未來5G無線網(wǎng)絡(luò)中分布不規(guī)則、重疊覆蓋、大小不一的小區(qū);而以用戶為中心的方法通過研究終端能力、業(yè)務(wù)需求、用戶偏好、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及價格等因素，由終端進(jìn)行綜合決策，選擇最佳網(wǎng)絡(luò)，目前已有多種數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行討論，但在業(yè)務(wù)特點，屬性權(quán)重，終

3、端特點等方面考慮的還不夠全面。本文圍繞以上兩種方法存在的問題，深入研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的接入選擇問題。
　　針對異構(gòu)超蜂窩網(wǎng)絡(luò)場景，提出了以網(wǎng)絡(luò)為中心的用戶歸屬和資源分配算法。首先建立了用戶歸屬和資源分配問題模型，考慮到系統(tǒng)吞吐量和用戶公平性的折中，選擇用戶速率對數(shù)和作為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)造優(yōu)化問題。由于原問題為NP-hard難題，將原問題分解為兩個子優(yōu)化問題，設(shè)計了資源分配“兩步走”的方案:第一步，采用資源預(yù)分配方案以提高資源利用率為目標(biāo)，

4、根據(jù)先驗通信量按需將系統(tǒng)資源分配給基站，由于子問題1是復(fù)雜的整數(shù)規(guī)劃問題，為降低復(fù)雜度，本文提出了一種啟發(fā)式預(yù)分配方案;第二步，研究用戶歸屬問題，將基站資源分配給用戶。由于子問題2是非凸的混合整數(shù)優(yōu)化問題，故采用放松約束的方法，轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題，然后利用拉格朗日對偶函數(shù)求解，仿真表明提出的算法在兼顧系統(tǒng)吞吐量和用戶公平性的同時，還能達(dá)到均衡負(fù)載的效果。
　　針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多種無線接入技術(shù)共存現(xiàn)狀，提出了以用戶為中心的接入選擇算法，建

5、立了馬爾科夫決策過程與層次分析法結(jié)合的新模型。為了能更準(zhǔn)確的決策，綜合考慮了信號強度、服務(wù)質(zhì)量（帶寬、時延、時延抖動和丟包率）、網(wǎng)絡(luò)費用、終端移動性等多種決策因素。然后針對不同決策因素的特點，定義了相應(yīng)的回報函數(shù)。為了適應(yīng)業(yè)務(wù)的多樣性，采用層次分析法求解各屬性的權(quán)重，根據(jù)不同業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求設(shè)置了不同權(quán)重。最后使用值迭代法來求解馬爾科夫決策問題，選擇鏈路回報值最大的網(wǎng)絡(luò)作為最優(yōu)接入網(wǎng)。仿真表明，提出的算法不僅能獲得較大的期望回報值還能有