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(zhǎng)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(diǎn)。未來(lái)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)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(shí)處于多種無(wú)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(wèn)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(lái)5G無(wú)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(guò)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(jià)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(duì)其進(jìn)行討論，但在業(yè)務(wù)特點(diǎn)，屬性權(quán)重，終

3、端特點(diǎn)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(wèn)題，深入研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的接入選擇問(wèn)題。
　　針對(duì)異構(gòu)超蜂窩網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)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(wèn)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(duì)數(shù)和作為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)造優(yōu)化問(wèn)題。由于原問(wèn)題為NP-hard難題，將原問(wèn)題分解為兩個(gè)子優(yōu)化問(wèn)題，設(shè)計(jì)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(yàn)通信量按需將系統(tǒng)資源分配給基站，由于子問(wèn)題1是復(fù)雜的整數(shù)規(guī)劃問(wèn)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(wèn)題，將基站資源分配給用戶。由于子問(wèn)題2是非凸的混合整數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，故采用放松約束的方法，轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問(wèn)題，然后利用拉格朗日對(duì)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(shí)，還能達(dá)到均衡負(fù)載的效果。
　　針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多種無(wú)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(guò)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(hào)強(qiáng)度、服務(wù)質(zhì)量（帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)和丟包率）、網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用、終端移動(dòng)性等多種決策因素。然后針對(duì)不同決策因素的特點(diǎn)，定義了相應(yīng)的回報(bào)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(lái)求解馬爾科夫決策問(wèn)題，選擇鏈路回報(bào)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(bào)值還能有