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无线中继网络中资源分配算法研究

无线中继网络中资源分配算法研究

作者：张海龙北京邮电大学

学位级别：硕士

随着无线通信网络的发展,对于网络吞吐量、系统容量、用户公平性和传输可靠性等多种网络性能的要求越来越高。然而,有限的无线资源和无线通信的传播环境限制了网络的性能。而在传统蜂窝网络中引入中继节点,缩短了节点之间的通信距离,能... 详细信息

随着无线通信网络的发展,对于网络吞吐量、系统容量、用户公平性和传输可靠性等多种网络性能的要求越来越高。然而,有限的无线资源和无线通信的传播环境限制了网络的性能。而在传统蜂窝网络中引入中继节点,缩短了节点之间的通信距离,能有效提高系统容量,扩大网络覆盖范围,成为研究的热点。本文介绍了无线中继网络的系统模型和网络架构,对目前无线中继网络研究的关键技术进行了总结,并对无线中继网络中的中继选择和资源分配问题进行了讨论。本文在固定无线中继网络中提出一种兼顾负载均衡和用户公平性的资源分配算法。首先给出最优资源分配的数学描述,由于求解最优解的复杂度非常高,又提出了一种复杂度低的次优资源分配方案。本文还在用户互为中继的无线中继网络中提出基于分级调制的协作传输方案,并提出中继选择方案和动态子帧划分方案。中继选择方案同时考虑信道条件和中继剩余能量,以提高中继传输性能;协作传输方案在一个子信道上同时传输某个用户和其中继的信息比特,并结合动态子帧划分方案,有效利用无线资源,以提高系统频谱效率。另外,本文基于NS2软件搭建了无线中继网络仿真平台。改进NS2仿真平台原有的无线节点模型,设计符合OFDMA无线中继网络的节点及协议栈,修改部分无线资源管理函数,采用OTCL编写脚本,实现协议栈添加、连接建立、业务发起等功能,配置网络场景,运行场景脚本得到网络性能数据并且以此为基础进行分析。

关键词：无线中继网络中继选择资源分配用户公平性分级调制

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群智能优化算法在频谱分配中的应用研究

群智能优化算法在频谱分配中的应用研究

作者：徐同伟贵州大学

学位级别：硕士

随着无线通信的不断发展和进步,以及无线终端的普及,就需要越来越多的无线频谱资源,但是,可以使用的无线频谱资源数量是一定的,为了满足频谱资源的需求,就要对当前的频谱使用方式进行变革。针对无线频谱的使用背景,认知无线网络技术应... 详细信息

随着无线通信的不断发展和进步,以及无线终端的普及,就需要越来越多的无线频谱资源,但是,可以使用的无线频谱资源数量是一定的,为了满足频谱资源的需求,就要对当前的频谱使用方式进行变革。针对无线频谱的使用背景,认知无线网络技术应运而生,认知用户对频谱进行感知,得到可用频谱资源;在对主用户不干扰时,系统将频谱分配给认知用户。认知无线网络频谱分配是为改善频谱资源的利用率,实现网络整体性能最优而提出,即频谱分配使得用户公平性和网络效益最优。因而,认知无线网络频谱分配与组合优化问题类似,可以使用求解NP难问题的群智能优化算法进行求解。首先,对认知无线网络和群智能优化算法进行钻研。了解认知无线网络关键技术及其研究现状,对频谱分配技术进行深入研究,对比分析频谱分配的博弈论模型、拍卖竞价模型、干扰温度模型和图论着色模型;对群智能优化算法中的果蝇优化算法和人工蜂群算法进行深入研究,分析其进行频谱分配的可行性,确定群智能优化算法进行频谱分配的优化目标。然后,利用量子果蝇优化算法进行频谱分配。在果蝇优化算法中引入量子化概念,将其转化为量子果蝇优化算法;利用选择、交叉、变异操作改进量子果蝇优化算法,提高算法收敛速度,增加样本种群多样性,避免算法陷入局部最优;利用改进量子果蝇优化算法寻优频谱分配可行解对应的量子序列,寻求最优的网络效益和用户公平性,得到网络整体性能最优的频谱分配策略。仿真结果表明,改进的量子果蝇优化算法收敛速度快且跳出局部最优能力强,应用到认知无线网络频谱分配中,增加了网络资源利用率,提高了网络的整体性能。最后,在量子果蝇优化算法进行频谱分配的基础上,将量子人工蜂群/果蝇优化融合算法应用到频谱分配中。将网络效益和用户公平性结合,得到新的频谱分配目标函数;将人工蜂群算法和果蝇优化算法进行融合,该算法既吸收了人工蜂群算法的全局寻优能力强的优点,又保留了果蝇优化算法局部搜索能力强的特点;引入自适应概念,对果蝇步长进行控制,提高种群多样性,同时,进行量子化处理,利用量子人工蜂群/果蝇优化融合算法进行频谱分配。仿真实验对新的频谱分配目标函数进行了验证,并证明了量子人工蜂群/果蝇优化融合算法进行频谱分配的优越性,不仅寻优能力增强,而且求得的频谱分配策略网络整体性能进一步提高。

关键词：频谱分配网络效益用户公平性果蝇优化算法人工蜂群算法

大规模MIMO-OFDMA系统能效资源管理优化算法研究

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大规模MIMO-OFDMA系统能效资源管理优化算法研究

作者：罗清重庆大学

学位级别：硕士

大规模MIMO系统通过在基站侧配置大规模天线阵列,利用丰富的空间自由度来提升系统容量和传输可靠性,可以显著改善系统能量效率和频谱效率,在第五代移动通信技术研究中备受关注。随着无线通信设备能耗的急剧增加和对环境问题的高度关注,... 详细信息

大规模MIMO系统通过在基站侧配置大规模天线阵列,利用丰富的空间自由度来提升系统容量和传输可靠性,可以显著改善系统能量效率和频谱效率,在第五代移动通信技术研究中备受关注。随着无线通信设备能耗的急剧增加和对环境问题的高度关注,绿色通信已成为共识,资源分配的重点已逐渐从追求频谱效率转移至获得更高的能量效率。在大规模MIMO-OFDMA系统中,基于用户关联和资源分配的能效优化策略已得到广泛研究。本文研究大规模MIMO-OFDMA系统中基于公平性的能效优化资源分配算法和大规模MIMO-OFDMA异构双层网络中基于公平性的用户关联算法。①研究大规模MIMO-OFDMA系统中基于公平性的能效资源分配算法,首先假设发射端已知完美的信道状态信息,基于ZF预编码推导系统容量下界。然后基于用户公平性建立能效优化模型,在满足每个用户最低传输速率要求下,联合优化带宽、功率和基站天线,最大化系统能效效用。为了降低求解全局最优解的运算复杂度,提出一种低复杂度的次优算法,将优化过程划分为两步:第一步以最大化能效效用为目标分配带宽;第二步以带宽分配为基础,分别采用Dinkelbach算法和次梯度算法进行外层迭代和内部迭代,联合调整基站端发射天线数和用户发射功率。最后对提出的次优算法就用户公平性和系统能效性能进行仿真分析,验证算法的有效性。②研究大规模MIMO-OFDMA异构双层网络中基于用户公平性的用户关联算法,以最大化系统能效效用为目标建立优化模型。由于该优化问题是NP难,提出一种基于一对多匹配博弈的用户关联算法,并证明该算法的收敛性和稳定性。通过仿真分析,对执行算法的性能进行仿真,验证其效率与公平均衡能力。

关键词：用户公平性能效优化资源分配用户关联匹配博弈

IRS辅助的多载波NOMA系统的用户公平速率性能优化

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IRS辅助的多载波NOMA系统的用户公平速率性能优化

作者：陈浩西安电子科技大学

学位级别：硕士

无线移动通信发展到今天,用户需求从普通的语音交流逐渐变为种类多样的信息交流,未来移动通信信息必将更为丰富。非正交多址接入(Non-orthogonal multiple access,NOMA)技术与智能反射面(Intelligent reflecting surface,IRS)技术应运而... 详细信息

无线移动通信发展到今天,用户需求从普通的语音交流逐渐变为种类多样的信息交流,未来移动通信信息必将更为丰富。非正交多址接入(Non-orthogonal multiple access,NOMA)技术与智能反射面(Intelligent reflecting surface,IRS)技术应运而生,以满足日益增长的数据交换需求。这两种技术通过不同的方式提升通信系统的容量:NOMA技术采用在发送端发送多个用户的叠加信号,然后在接收端使用串行干扰消除技术区分不同用户的信号的方式来复用同一频段,使频谱利用率提升,从而提升系统容量;IRS技术通过引入新的链路并对其进行调节,使有用信号在接收端相互叠加增强而干扰信号相互抵消削弱,从而提升系统容量。除了提升通信系统的容量,保障用户间的公平性也是无线通信中的基本要求。因此,本文将这两种技术应用到多载波系统中,研究如何对系统所有用户的公平速率进行优化。NOMA系统中复用同一资源块的用户数量是有限的,而不同的分组方式对系统的性能有着不同的影响,所以如何进行用户分组尤为重要。有关NOMA系统中用户分组策略的现有研究一般都是基于用户在不同子载波上信道增益的情况来设计分组方案的。由于IRS可以改变通信环境,在不同的IRS的设置下,用户的信道增益也会产生变化,因此难以通过信道增益来对引入IRS技术后的通信系统进行资源分配与用户分组。所以,有必要设计一个更为合理且高效的资源分配与用户分组方案。因此,本文研究如何在IRS辅助的多载波NOMA下行系统中优化用户公平速率的问题,具体研究内容如下:1.研究了在确定资源分配与用户分组的情况下,如何对IRS反射系数、基站端波束成形系数以及功率分配进行联合优化,以提高所有用户的公平速率。该部分使用了交替优化、半定松弛、连续凸近似和高斯随机化的方法完成了优化问题的求解。其次,提出了一种基于接收端信干噪比(Signal to Interference-plus-noise Ratio,SINR)的资源分配和用户分组方案。仿真结果表明,在引入IRS和NOMA技术之后,系统的性能得到了提升,且所提出的资源分配和用户分组方案也具有良好的性能。相比于其他方案,本文所提出的基于接收端SINR的资源分配和用户分组方案所达到的用户公平速率要高0.5%～4.3%。2.在第一部分得到的解的基础上引入重分配过程,来进一步提升用户的公平速率。该部分提出了两种重分配方案,一是基于爬山算法的重分配方案;二是基于接收端SINR的重分配方案。通过仿真分析可以得出,重分配过程对于IRS辅助的多载波NOMA下行系统十分重要。基于接收端SINR的重分配方案虽然不能保证每次重分配后性能都上升,但是其整体性能要更高,相比基于爬山算法的重分配方案,有机会跳到另一个性能更高的局部最优点。本文提出的基于接收端SINR的重分配方案比其他方案的性能高0.7%～5.1%。此外,相比随机重分配方案,基于接收端SINR的重分配方案的计算资源利用率也更高。

关键词：非正交多址接入多载波智能反射面用户公平性资源分配与用户分组

基于BT协议的视频点播系统中节点管理策略的研究与实现

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基于BT协议的视频点播系统中节点管理策略的研究与实现

作者：温涵北京邮电大学

学位级别：硕士

P2P流媒体技术的引入,使视频点播系统快速成为互联网中最受关注的应用之一。随着流媒体视频点播在校园网中的日趋流行,校园网络带宽被P2P应用逐步吞噬,已经开始影响到正常的学习、科研和教学工作。BitTorrent作为P2P应用最为流行的应用... 详细信息

P2P流媒体技术的引入,使视频点播系统快速成为互联网中最受关注的应用之一。随着流媒体视频点播在校园网中的日趋流行,校园网络带宽被P2P应用逐步吞噬,已经开始影响到正常的学习、科研和教学工作。BitTorrent作为P2P应用最为流行的应用之一,因与P2P流媒体视频点播系统有相同数据传输方式,使其具有改造成为视频点播系统的可行性。因而,本文提出了一种基于BT协议的视频点播系统中的节点管理策略。然而,作为P2P应用,BitTorrent同样也存在着P2P技术的共通弊病：不关注网络层、物理层信息,跨域流量占用大量主干网络带宽和长距离数据传输等问题。BT协议中,服务器端随机选择一组拥有目标文件片段的邻居节点信息给请求下载的节点。随机选择的邻居节点具有许多的未知性,给网络和系统的维护及性能带来了许多的不确定因素。同时,BitTorrent系统本身的“搭便车”用户也是危及系统性能的问题。本文首先分析了视频点播系统的发展过程和研究现状。通过对P2P系统及其技术特点的研究,总结并分析了现有的P2P系统网络模型和节点选择算法。详细地介绍了BitTorrent系统工作原理,研究并分析了现有BitTorrent相关算法,将BitTorrent中的节点选择算法根据其不同的针对性,分为基于流量本地化的节点选择算法和基于用户公平性的节点选择算法。通过研究P2P视频点播系统中的两阶段节点选择算法,结合BitTorrent视频点播系统的实际应用场景,提出了一种基于BT的Tracker中的节点管理策略(PMBT),兼顾本地流量化和用户公平性,并将节点的性能作为节点选择的参考依据。然后,在基于BitTorrent协议的视频点播系统的服务器端中设计、实现该策略。最后,对系统进行测试和分析。

关键词：对等网络视频点播节点管理流量本地化用户公平性校园网

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基于人工鱼群算法的多用户系统资源分配策略

吉林大学学报（理学版） 2019年第2期57卷 380-386页

作者：温有栋杨君谭飞江西农业大学南昌商学院南昌330013 江西财经大学统计学院南昌330013 华东交通大学继续教育与职业技术培训学院南昌330013

针对当前多用户系统资源分配策略存在的用户公平性较差、系统吞吐量小等缺陷,设计一种基于人工鱼群算法的多用户系统资源分配策略.首先通过分析多用户系统资源分配的工作原理,构建相应的数学模型;然后引入人工鱼群算法对多用户系统资源... 详细信息

针对当前多用户系统资源分配策略存在的用户公平性较差、系统吞吐量小等缺陷,设计一种基于人工鱼群算法的多用户系统资源分配策略.首先通过分析多用户系统资源分配的工作原理,构建相应的数学模型;然后引入人工鱼群算法对多用户系统资源分配的数学模型进行求解,并针对标准人工鱼群算法存在的局限性进行相应地改进;最后与其他多用户系统资源分配策略进行仿真对比测试实验.实验结果表明,人工鱼群算法可以快速、准确地找到多用户系统资源的最优分配方案,有效保障了用户的公平性,且大幅度改善了多用户系统的通信能力,整体性能优于其他多用户系统资源分配策略.

关键词：多用户系统资源分配策略人工鱼群算法用户公平性系统容量

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基于量子果蝇优化的认知无线网络频谱分配

计算机应用研究 2017年第10期34卷 3116-3120页

作者：徐同伟何庆吴意乐易丹贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025 开阳县工信局贵阳550300

将频谱分配的二进制编码转换为量子序列编码,提出一种基于量子果蝇优化的认知无线网络频谱分配方法。首先,将果蝇优化算法(FOA)转换为量子果蝇优化算法(QFOA),拓展FOA的应用范围;然后,采用选择、交叉、变异操作改进QFOA,提高算法收敛速... 详细信息

将频谱分配的二进制编码转换为量子序列编码,提出一种基于量子果蝇优化的认知无线网络频谱分配方法。首先,将果蝇优化算法(FOA)转换为量子果蝇优化算法(QFOA),拓展FOA的应用范围;然后,采用选择、交叉、变异操作改进QFOA,提高算法收敛速度,增加样本种群多样性,避免算法陷入局部最优;最后,利用改进QFOA对频谱分配的量子序列进行寻优,寻求最优的网络效益或者用户公平性,得到网络整体性能最优的频谱分配策略。仿真结果表明,改进的QFOA收敛速度快且跳出局部最优能力强,应用到认知无线网络频谱分配中,增加了网络资源利用率,提高了网络的整体性能。

关键词：认知无线网络频谱分配网络效益用户公平性量子果蝇优化算法

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基于用户公平的随机早期检测算法改进

微电子学与计算机 2004年第6期21卷 119-122页

作者：刘刚张德运刘晶西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 西安理工大学计算机科学与工程学院西安710048

边界路由器通常为多个接入用户提供访问Internet的共享上行链路,当所有用户的接入带宽大于上行链路带宽时,可能产生拥塞。在这种典型接入方式下,存在基于用户的公平性问题:一旦边界路由器发生拥塞,各接入用户在共享链路上所获得的吞吐... 详细信息

边界路由器通常为多个接入用户提供访问Internet的共享上行链路,当所有用户的接入带宽大于上行链路带宽时,可能产生拥塞。在这种典型接入方式下,存在基于用户的公平性问题:一旦边界路由器发生拥塞,各接入用户在共享链路上所获得的吞吐率应该与接入带宽成正比。对不同接入带宽用户的吞吐率进行了理论分析和仿真实验,结果表明,随机早期检测算法(RED)不能提供较好的用户公平性服务,针对这一问题,对RED算法的丢包概率的计算进行了改进:在计算某一个包的丢弃概率时,根据其输入接口的链路带宽进行修正。仿真结果表明,改进的算法在解决基于用户公平性方面具有良好效果。

关键词：边界路由器用户公平性随机早期检测

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NOMA系统联合资源分配方案研究

NOMA系统联合资源分配方案研究

作者：包宽鑫南京邮电大学

学位级别：硕士

非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）采用叠加编码和串行干扰消除技术,相比于正交多址接入具有更高的系统性能。但是,以往的研究通常只考虑功率分配,对于用户组选择和时频资源块分配的研究较少,导致资源利用的不充... 详细信息

非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）采用叠加编码和串行干扰消除技术,相比于正交多址接入具有更高的系统性能。但是,以往的研究通常只考虑功率分配,对于用户组选择和时频资源块分配的研究较少,导致资源利用的不充分。而且,以往的研究目标较为单一,通常以系统和速率最大化为唯一目标,忽视了边缘用户速率和用户公平性。本文针对非正交多址接入技术,考虑系统吞吐量、用户速率、用户公平性等多方面要求,从联合资源分配角度进行了相关研究,以达到资源利用的充分性和公平性。本文主要工作如下:一、研究了NOMA系统中功率分配及能量效率（Energy Efficiency,EE）问题。通过对EE最大化方案进行改进,提出一种同时满足系统EE和用户公平性的折衷方案。在基站可用功率提升时,将部分功率分配给小区边缘用户,用户最低速率能够随着基站可用功率的提升而得到提高。该方案在保证小区边缘用户信息传输速率的同时,满足用户公平性需求,提升基站能量利用率。仿真结果表明,所提方案在提升用户公平性的前提下满足平均EE下限,基站能量利用率接近100%,实现了基站能量的高效利用。二、研究了NOMA系统用户组间资源块与用户组内功率分配的复合问题,提出了一种动态确定用户组间资源块与用户组内功率分配系数的方案,从而有效降低穷举方法的计算复杂度,同时获得最大的系统可达和速率（Achievable Sum Rate,ASR）。首先,考虑用户组内功率分配,推导获得最佳功率分配系数关于用户组资源块数量的表达式;然后,考虑系统ASR与用户组资源块数量的动态关系;最后,在资源块分配过程中通过动态改变资源块和功率分配,使得系统获得最大的ASR,此时的资源块和功率分配方案为最佳分配方案。仿真结果表明,该方法和NOMA-穷举搜索具有相同的ASR性能,远远高于NOMA-随机分配、OMA-穷举搜索以及OMA-随机分配。同时,该方法的计算复杂度远远低于穷举搜索,体现了该方法的优越性。

关键词：非正交多址接入能量效率用户公平性小区边缘用户可达和速率