一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率分配問題（FrequencyAssignmentProblem,FAP)是由Megzger在 1970 年提 出的。頻率分配問題是將有限的頻率資源分配給無線通信且要求相關(guān)的無線通信之間的信 號(hào)干擾最小化。頻率分配問題的應(yīng)用領(lǐng)域主要有信息通信、軍事通信、電視廣播、無線電話 通f目等等。
[0003] 在信息通信日劇增長(zhǎng)的當(dāng)今社會(huì)，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，頻 譜需求急劇增長(zhǎng)，頻譜資源日漸緊缺，無線通信網(wǎng)絡(luò)頻率分配已成為值域無線通信網(wǎng)絡(luò)的 關(guān)鍵技術(shù)，是一個(gè)急需解決的難題。對(duì)于大規(guī)模無線通信網(wǎng)的組織可能會(huì)涉及到成百上千 或更多的無線子網(wǎng)的規(guī)劃和維護(hù)，如何高效合理地利用有效的頻率資源，減少各子網(wǎng)之間 的頻率干擾，提高無線通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量變的非常重要。無線通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)添加 和提高頻譜的利用率是核心問題。
[0004] 然而，目前就頻率分配問題提出的求解方法有：
[0005] (1)圖著色算法、分支定界算法等，這類算法將資源分配問題當(dāng)作一個(gè)NP難問題， 這些方法適合小規(guī)模無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率分配問題，對(duì)大規(guī)模無線通信網(wǎng)絡(luò)的求解時(shí)間 長(zhǎng)，且頻率分配結(jié)果不太理想，不能應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0006] (2)基于智能搜索的方法：有遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法、緊急搜索算法、 粒子群優(yōu)化算法等等，這些算法在固定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如移動(dòng)通信的蜂窩通信系統(tǒng)中得到了成功 應(yīng)用，但不適合節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)增加的無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率規(guī)劃需求，這些求解方法通過尋找近 似最優(yōu)解，在有效的時(shí)間內(nèi)能夠取得較好的解，但是此解不能保證無線通信網(wǎng)絡(luò)中的頻率 干擾最優(yōu)。
[0007] 從現(xiàn)有頻率分配問題的求解算法可知，這些方法要不無法保證獲得沒有頻率沖突 的最優(yōu)解，要不求解周期長(zhǎng)，因而不能應(yīng)用在無線通信網(wǎng)動(dòng)態(tài)變化的頻率分配問題中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配方法，其能夠 在提高資源利用率的同時(shí)，最大可能保證無線通信網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量，且能適應(yīng)無線通信網(wǎng) 中節(jié)點(diǎn)和頻率約束的動(dòng)態(tài)變化。
[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配方法，包括如下步驟：
[0011] 步驟A.將無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率分配問題建模，并將二元約束和一元約束集分別 轉(zhuǎn)換成代數(shù)決策圖符號(hào)表示；
[0012] 步驟B.設(shè)計(jì)變量選取規(guī)則，構(gòu)建變量序，并引入分解變量定義，標(biāo)記分解變量；
[0013] 步驟C.利用分解變量，設(shè)計(jì)分解規(guī)則，分解頻率分配問題得到子問題分解結(jié)果；
[0014] 步驟D.依次對(duì)子問題進(jìn)行求解，在子問題求解中，非分解變量采用桶消元算法求 解，分解變量采用深度優(yōu)先算法求解；
[0015] 步驟E.若無線通信網(wǎng)絡(luò)中有新加入節(jié)點(diǎn)，則將新加入節(jié)點(diǎn)和原無線通信網(wǎng)絡(luò)組 成新的子問題，并利用步驟D對(duì)新子問題進(jìn)行求解。
[0016] 所述步驟A具體包括如下步驟：
[0017] 步驟A1.將無線通信網(wǎng)絡(luò)抽象成約束圖；即無線通信網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)抽象為約束 圖的頂點(diǎn)，無線通信網(wǎng)絡(luò)的2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系抽象為約束圖的邊，由此構(gòu)建一個(gè)約束圖；
[0018] 步驟A2.將約束圖的頂點(diǎn)集作為加權(quán)約束滿足問題的變量集，并對(duì)于變量集中的 每個(gè)變量，在給定的頻率使用范圍內(nèi)，檢測(cè)和篩選出所有可用的頻率，同時(shí)將每個(gè)變量的可 用頻率用值域進(jìn)行表示；
[0019] 步驟A3.讓約束圖的邊作為加權(quán)約束滿足問題的約束集，并將無線通信網(wǎng)絡(luò)中的 頻率分配約束關(guān)系刻畫成約束代價(jià)的形式；
[0020] 步驟A4.將加權(quán)約束滿足問題的約束集用代數(shù)決策圖符號(hào)表示。
[0021] 所述步驟B具體包括如下步驟：
[0022] 步驟B1.設(shè)定變量選取規(guī)則，并從變量集中選出滿足該變量選取規(guī)則的變量，若 該變量的后向度大于1，將其標(biāo)記為分解變量；
[0023] 步驟B2.將選出的變量從變量集中刪除，并從約束集中提出與該變量有關(guān)的所有 約束關(guān)系存儲(chǔ)在變量信息結(jié)構(gòu)中，以此構(gòu)建變量序，同時(shí)從約束集中刪除約束范圍內(nèi)包含 該變量的所有約束關(guān)系；
[0024] 步驟B3.若變量集不為空，則轉(zhuǎn)至步驟B1 ;否則，結(jié)束變量序的構(gòu)建過程。
[0025] 所述步驟B1中設(shè)定的變量選取規(guī)則可以根據(jù)情況進(jìn)行自行設(shè)定，但為了提高性 能，本發(fā)明設(shè)定的變量選取規(guī)則是：從變量集中選擇變量后向度為〇或1的變量，若不存在 這樣的變量，則選擇變量后向度最大的變量。
[0026] 所述步驟C具體包括如下步驟：
[0027] 步驟C1.若分解變量的個(gè)數(shù)為零，則子問題分解結(jié)果為原問題；
[0028] 步驟C2.若分解變量的個(gè)數(shù)不為零，則依次取出分解變量，每個(gè)分解變量對(duì)應(yīng)一 個(gè)子問題；
[0029] 首先，構(gòu)建子問題的變量集，即先從變量序中選擇在該分解變量及其該分解變量 之后的所有變量放入到子問題的變量集，再?gòu)淖兞啃蛑羞x擇與上述所得的子問題的變量集 中已有變量有約束關(guān)系且后向度為1的變量放入到子問題的變量集；
[0030] 然后，讓每個(gè)子問題的變量集的每個(gè)變量的值域與原問題的值域相同；
[0031] 最后，讓子問題的約束集為該子問題的變量集中變量之間的約束關(guān)系。
[0032] 所述步驟D具體包括如下步驟：
[0033] 步驟D1.依次選取每個(gè)分解變量的子問題；
[0034] 步驟D2.計(jì)算子問題的上界；
[0035] 步驟D3.采用桶消元算法求解子問題中的非分解變量；
[0036] 步驟D4.采用深度優(yōu)先分支定界算法求解子問題中的分解變量，
[0037] 步驟D5.重復(fù)步驟D3和步驟D4,直到子問題求解結(jié)束，并存儲(chǔ)最優(yōu)解。
[0038] 所述步驟D1中：子問題的選取順序可以按分解變量的排序反向進(jìn)行，即最先選取 最后一個(gè)分解變量的子問題，最后選取第一個(gè)分解變量的子問題。
[0039] 基于上述方法而設(shè)計(jì)的一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配系統(tǒng)，主要由形式化建模 模塊，無線通信網(wǎng)絡(luò)頻率分配模塊和動(dòng)態(tài)頻率分配模塊構(gòu)成；其中：
[0040] 形式化建模模塊，輸入是無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率分配問題；其包括形式化為圖表示 單元、頻率資源過濾單元、約束轉(zhuǎn)換單元和代數(shù)決策圖符號(hào)表示單元；
[0041] 形式化為圖表示單元，用于將無線通信網(wǎng)絡(luò)抽象為約束圖結(jié)構(gòu)；
[0042] 頻率資源過濾單元，將給定的分配頻率范圍過濾和檢測(cè)，形式化為值域形式；
[0043] 約束轉(zhuǎn)換單元，將無線通信網(wǎng)絡(luò)中相互關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)之間的頻率約束轉(zhuǎn)換成約束代價(jià) 的形式；
[0044] 代數(shù)決策圖符號(hào)表示單元，將無線通信網(wǎng)絡(luò)中的二元約束和一元約束都代數(shù)決策 圖符號(hào)表不；
[0045] 無線通信網(wǎng)絡(luò)頻率分配模塊，用于對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)頻率分配問題求解最優(yōu)頻率分 配方案；其包括構(gòu)建變量序單元、子問題劃分單元和子問題求解單元；
[0046] 構(gòu)建變量序單元，構(gòu)建變量序，并標(biāo)記分解變量；
[0047] 子問題分解單元，根據(jù)變量序及分解變量，將無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率分配問題分解 成子問題方案；
[0048] 子問題求解單元，用于依次對(duì)子問題分解方案中子問題求解；
[0049] 動(dòng)態(tài)頻率分配模塊，將新加入節(jié)點(diǎn)和原無線通信頻率分配問題組成新的頻率分配 問題，用子問題求解模塊行進(jìn)求解。
[0050] 本發(fā)明公開了一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法適 應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化。該方法包括：無線通信網(wǎng)絡(luò)頻率分配問題形式化為圖表示、檢測(cè)和 篩選可用頻率、通信網(wǎng)絡(luò)頻率約束符號(hào)ADD表示、構(gòu)建變量序31和標(biāo)記分解變量、分解頻率 分配問題為子問題集QF、依次對(duì)子問題集QF中子問題求解、求解上界、對(duì)非分解變量用桶消 元算法求解、對(duì)分解變量采用深度優(yōu)先分支定界算法求解、若存在新加入通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu) 建成新子問題、對(duì)子問題進(jìn)行求解；通過利用ADD(代數(shù)決策圖）的高緊湊表示和以集合方 式處理多組數(shù)據(jù)的方式處理約束，提高頻率分配問題求解效率。本發(fā)明能夠在較高的算法 效率下，完成對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)的頻率分配問題，同時(shí)還能適應(yīng)動(dòng)態(tài)自主網(wǎng)絡(luò)的頻率分配。
[0051] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0052] 1、利用分解方法將無線通信網(wǎng)絡(luò)頻率分配問題分解成子問題，以便于當(dāng)前子問題 求解利用上次子問題的最優(yōu)解，提高頻率分配求解效率，使得頻率分配方案最優(yōu)。
[0053] 2、能對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)加入新節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻率分配，具有很好的適應(yīng)性。
[0054] 3、利用ADD存儲(chǔ)約束集，利用ADD的緊湊高效的表示偽布爾函數(shù)，并且可以以集合 的方式一次處理多個(gè)數(shù)據(jù)的特性，這種方法可以解決無線通信網(wǎng)絡(luò)頻率分配問題規(guī)模過大 造成的存儲(chǔ)空間爆炸問題。
【附圖說明】
[0055] 圖1為一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配方法的流程圖。
[0056] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配方法中的步驟圖。
[0057] 圖3為一種無線通信網(wǎng)的動(dòng)態(tài)頻率分配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖。
【具體實(shí)施方式】