一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以最大化資源利用率和網(wǎng)絡(luò)效用為 目標(biāo)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展形成了異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)，在多種接入技術(shù)、組網(wǎng)方式、無線 終端并存的場景下，實(shí)現(xiàn)多種無線通信技術(shù)的有機(jī)融合，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn) 最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)資源使用和最佳用戶服務(wù)質(zhì)量保障的有效途徑。隨著寬帶無線應(yīng)用的推廣，無線 資源日趨緊張，資源分配技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵技術(shù)之一。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，除了 無線接入技術(shù)的多樣性，還包括業(yè)務(wù)類型的多樣性。相應(yīng)地，資源分配技術(shù)既要考慮不同無 線接入技術(shù)的特點(diǎn)也要考慮多種業(yè)務(wù)的不同需求。
[0003]在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，不同的無線網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率、覆蓋范圍、系統(tǒng)容量及提供的服 務(wù)水平方面有很大的差異。傳統(tǒng)的基于用戶移動(dòng)性和業(yè)務(wù)特征的資源分配方法不能有效地 應(yīng)用到泛在網(wǎng)絡(luò)中，這些算法通常僅考慮一種業(yè)務(wù)類型，沒有考慮支持多種業(yè)務(wù)的情景以 及資源分配對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和用戶QoS的重要作用?，F(xiàn)有的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的資源分配方法，往往 僅從用戶端或者僅從網(wǎng)絡(luò)端考慮，缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和業(yè)務(wù)特性的清晰把握，從而導(dǎo)致資源 分配存在很多的不足，無法適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)變化和不同QoS需求。
[0004] 本發(fā)明采用基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法，該方法結(jié)合不同無線網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)類型 特點(diǎn)，既考慮網(wǎng)絡(luò)整體的資源使用效率，且從用戶的角度考慮，最大化網(wǎng)絡(luò)效用，并滿足各 類業(yè)務(wù)的QoS要求。采用遺傳運(yùn)算求解資源優(yōu)化問題，不僅能夠清晰描述移動(dòng)終端在使用 有限資源時(shí)的競爭關(guān)系與相互作用，而且降低了復(fù)雜優(yōu)化問題的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，提高了模型 的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中一種基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法，其目的以 最大化系統(tǒng)資源使用效率和網(wǎng)絡(luò)效用為目標(biāo)，同時(shí)保證各類業(yè)務(wù)QoS需求，尋求面向異構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中覆蓋范圍內(nèi)所有移動(dòng)終端的最佳資源分配方案。
[0006]本發(fā)明給出了在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中，采用遺傳運(yùn)算尋求最佳資源分配方案的方 法。其中，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合系統(tǒng)包括N種RANs(RadioAccessNetworks,無線接入網(wǎng)絡(luò)）， 每種RAN具有不同的覆蓋范圍和帶寬支持能力，如圖1所示。假設(shè)RAN-1具有最大的覆 蓋范圍但提供的帶寬最低，RAN-n(n= 2,…，N)提供的帶寬較高但覆蓋范圍較小，8"表 示RAN-n含有的帶寬單元數(shù)，不同的RAN其帶寬單元提供的帶寬不同，覆蓋面積越大，帶 寬單元提供的帶寬越小，設(shè)RAN-1的帶寬單元為基本帶寬單元（BBU，BasicBandwidth 此出，一個(gè)匕(11 = 2，...，吣等于01> = 2，...，吣個(gè)88化，011>1。每種網(wǎng)絡(luò)都支持1 類業(yè)務(wù)，滿足j類業(yè)務(wù)的最少BBUs數(shù)為glin，最多為。在研宄區(qū)域有m個(gè)隨機(jī)分布的 MTs(MobileTerminals,移動(dòng)終端），MT是多模終端，即可以同時(shí)接入多種RANs，用表 示由RAN-n(n= 1，…，吣分配給移動(dòng)終端m(m= 1，"^M)的j(j= 1，…，J)類業(yè)務(wù)的 BBUs，表示網(wǎng)絡(luò)分配給業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)參數(shù)。本發(fā)明以最大化資源使用率和網(wǎng)絡(luò)效用 為目標(biāo)建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，再將其轉(zhuǎn)化為遺傳算法的適值函數(shù)，種群中個(gè)體用矢量5表示， 異-[氣'…'氣'……'辦 1,??'氣'…'氣'…'…'辦叫'…'辦叫'…，辦'再經(jīng)過種群初始 化、計(jì)算適值函數(shù)、選擇、交叉、變異、種群更新等一系列迭代運(yùn)算后，可以得到全局最優(yōu)的 資源分配方案。本方法的框圖如圖2所示。
[0007] 具體步驟分為三個(gè)階段：
[0008] (1)建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)階段
[0009] 根據(jù)獲取的研宄區(qū)域內(nèi)RANS種類及其提供的帶寬、用戶數(shù)量、業(yè)務(wù)種類及 其QoS要求等信息確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及其約束條件。Cn表示RAN-n的系統(tǒng)容量， 即RAN-n所包含的BBUs數(shù)量
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法，其特征在于該方法包括建 立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，遺傳運(yùn)算處理，無線網(wǎng)絡(luò)資源分配=個(gè)主要階段； 其中， 建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)階段；首先獲取異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源信息、移動(dòng)終端數(shù)量、業(yè)務(wù)種類及其服 務(wù)質(zhì)量（Quality of Service, QoS)要求信息，然后W最大化資源利用率和網(wǎng)絡(luò)效用為目 的建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)確定相應(yīng)的約束條件； 遺傳運(yùn)算處理階段；首先根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)建立評(píng)價(jià)個(gè)體的適值函數(shù)，然后經(jīng)選擇、交 叉、變異、種群更新該些遺傳操作多次迭代求得全局最優(yōu)解； 無線網(wǎng)絡(luò)資源分配階段；根據(jù)遺傳運(yùn)算求得的最佳資源分配方案為移動(dòng)終端的每個(gè)業(yè) 務(wù)請(qǐng)求分配相應(yīng)的帶寬資源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法，其特征 在于；建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)階段根據(jù)獲取的無線網(wǎng)絡(luò)資源信息、移動(dòng)終端數(shù)量、業(yè)務(wù)種類及其 QoS要求，W最大化系統(tǒng)資源利用率和網(wǎng)絡(luò)效用為目標(biāo)，W滿足網(wǎng)絡(luò)容量限制和不同業(yè)務(wù) QoS要求為條件來建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的約束條件；其中，最大化網(wǎng)絡(luò)效用不僅要考 慮業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)，還要從移動(dòng)終端的角度考慮不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分配資源所付出的代價(jià)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法，其特 征在于；遺傳運(yùn)算處理階段主要包括建立適值函數(shù)、種群初始化、遺傳操作處理過程；引入 懲罰函數(shù)將帶約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為無約束的優(yōu)化問題，進(jìn)而建立評(píng)價(jià)個(gè)體好壞的適值函 數(shù)；隨機(jī)產(chǎn)生規(guī)定數(shù)量的個(gè)體構(gòu)成初始種群，個(gè)體中元素的取值滿足業(yè)務(wù)QoS要求；所述遺 傳操作主要包括；選擇、交叉、變異、種群更新，其中選擇是從當(dāng)前種群中選取適應(yīng)值最高的 個(gè)體W生成交配池的過程，選擇策略使用正比選擇策略，交叉采用單點(diǎn)交叉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法，其特征 在于；無線網(wǎng)絡(luò)資源分配階段主要是根據(jù)遺傳運(yùn)算處理階段獲得的最佳資源分配方案，為 移動(dòng)終端的每個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求分配相應(yīng)的帶寬資源。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合場景中基于遺傳運(yùn)算的資源分配方法，其主要包括建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、遺傳運(yùn)算處理和無線網(wǎng)絡(luò)資源分配三個(gè)階段。首先，根據(jù)獲取的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源信息、移動(dòng)終端數(shù)量、業(yè)務(wù)種類及其服務(wù)質(zhì)量QoS要求來建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和其所需要滿足的約束條件；其次，將優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)映射為遺傳運(yùn)算的適值函數(shù)，初始化種群并設(shè)置遺傳參數(shù)，通過選擇、交叉、變異，種群更新等一系列迭代操作后找到適應(yīng)值最大的個(gè)體即為最佳資源分配方案；最后，根據(jù)遺傳運(yùn)算求得的最佳資源分配方案，給移動(dòng)終端的每個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求分配最佳的資源塊數(shù)。本發(fā)明所提供的方法解決了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中能最大化資源利用率和網(wǎng)絡(luò)效用，同時(shí)滿足業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的最佳資源分配問題。
【IPC分類】H04W72-04
【公開號(hào)】CN104684095
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510105413
【發(fā)明人】夏瑋瑋, 王佩, 沈連豐, 胡靜, 宋鐵成, 章躍躍, 朱亞萍
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月10日