异构无线网络中多维资源优化策略研究

发布时间：2017-03-30 08:00

  本文关键词：异构无线网络中多维资源优化策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为满足人们日益增长的信息通信服务质量和数据速率需求,有效减少覆盖盲区,无线网络呈现出异构化趋势。然而,异构网络在满足信号覆盖的同时,也会带来新的网间干扰、新的能耗、新的网络安全风险等一系列问题,因此,如何合理有效的配置异构网络资源、节能和确保网络安全己成为无线网络中亟待解决的问题。本文基于现有的研究成果对异构无线网络中的多维资源优化策略进行了深入研究。在异构双层Femtocell网络和异构中继协作网络等方面,提出了基于QoS保障的干扰抑制多维资源优化策略、基于超模博弈的节能通信多维资源优化策略和基于可靠性和公平性的多维资源优化策略,以及基于安全满意度的多维资源优化策略,具体成果如下：1、针对异构Femtocell网络中的同频干扰问题,提出了一种基于QoS保障的干扰抑制多维资源优化策略。首先,运用区间协作技术和定价机制,构建基于定价因子的多维资源优化模型。其次,依据多用户多业务的差异化QoS需求和势博弈理论,在联合考虑子信道、功率、信令等多维资源的条件下,解析出了含有定价参数的势函数,证明了纳什均衡的存在及唯一性,降低了求解复杂度,增强了模型的扩展性。最后,分别采用门限限制法、容量最大化法、改进的梯度投影和雅克比迭代法等方法对模型进行了优化求解。仿真表明,该策略在保障用户差异化QoS需求的前提下,能够有效抑制Femtocell同层干扰,降低网络信令开销,并提升Femtocell网络的总体吞吐量。2、针对异构Femtocell网络中的能耗问题,提出了一种基于超模博弈的节能通信多维资源优化策略。首先,综合考虑用户的服务质量需求和实际感受及网络能耗,构建网络终端用户效用模型,并在追求能效最大化的同时,平衡用户的多业务QoS需求。其次,基于非协作博弈理论和凸定价机制,搭建资源优化定价效用函数模型,通过设定边界反馈条件门限来降低网络信令资源开销,以及分析目标效用函数得到子信道分配与区间干扰的关系,提出了最小化区间干扰的子信道分配策略。最后,通过理论分析,证明了上述非协作博弈是一个参数受限的超模博弈,针对目标问题进行分析,找到了帕累托最优的功率控制策略。3、针对异构单向中继网络中的容量增强问题,提出了一种基于可靠性和公平性的多维资源优化策略。首先,以多用户、多中继为研究场景,以满足用户的大容量数据业务需求和提高单向中继转发效率为目标,设计基于端到端的网络容量资源优化模型。其次,联合考虑中继节点选择和子信道分配,并通过分别设计最大最小化平衡准则和逐个用户择优机制来保障系统的可靠性和公平性,从而得到最优的中继选择和子信道分配策略。最后,将功率控制问题映射为一个拉格朗日对偶问题,采用内点法找到一个最优解。仿真表明,该策略不仅有效提升了中继网络容量,还能保障系统的可靠性和公平性,并提升用户业务体验。4、针对异构双向中继网络中的安全问题,提出了一种基于安全满意度的多维资源优化策略。首先,在考虑终端用户对自身通信安全状况的担忧基础上,建立基于用户SSR的网络安全模型。其次,针对用户多样化安全性需求,定义不同的安全极限,以保障更高安全级别用户的安全性需求。与此同时,通过构建CDF公平性曲线兼顾考虑安全级别较低用户的公平性和业务体验。最后,采用粒子群优化算法和经典的匈牙利算法联合优化功率、子信道、子信道配对,得到了近最优的资源优化策略。进一步,为了降低算法复杂度,提出了一种低复杂度的子信道配对策略。所提两种优化策略不仅提升了用户的安全满意度,改善了网络的安全状况,而且有针对性的满足了用户多样化的安全性需求。
【关键词】：多维资源优化 异构网络 节能 干扰抑制 网络安全
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-38
• 1.1 课题研究背景12-20
• 1.1.1 移动通信技术的发展12-13
• 1.1.2 宏蜂窝网络面临的挑战13-15
• 1.1.3 异构无线网络技术15-20
• 1.2 资源优化的研究内容和目标20-25
• 1.3 异构无线网络中资源优化研究现状25-31
• 1.3.1 异构无线网络面临的挑战25-27
• 1.3.2 异构Femtocell网络干扰抑制无线资源优化研究现状27-28
• 1.3.3 异构Femtocell网络节能通信无线资源优化研究现状28-29
• 1.3.4 异构单向中继网络容量增强资源优化研究现状29-30
• 1.3.5 异构双向中继网络安全通信无线资源优化研究现状30-31
• 1.4 论文主要研究内容与成果31-36
• 1.4.1 异构Femtocell网络中QoS保障的多维资源优化策略研究31-33
• 1.4.2 异构Femtocell网络中节能通信多维资源优化策略研究33-34
• 1.4.3 异构单向中继网络中多维资源优化策略研究34-35
• 1.4.4 异构双向中继网络中多维资源优化策略研究35-36
• 1.5 论文创新点和组织结构36-38
• 第二章 异构Femtocell网络中QoS保障的多维资源优化策略研究38-57
• 2.1 系统模型与问题建模39-41
• 2.1.1 系统模型39-40
• 2.1.2 问题建模40-41
• 2.2 势博弈理论41-47
• 2.2.1 博弈论概述41-44
• 2.2.2 势博弈的定义和分类44-45
• 2.2.3 势博弈的相关定理45-46
• 2.2.4 势博弈在无线通信中的应用46-47
• 2.3 保障QoS的干扰抑制多维资源优化策略47-51
• 2.3.1 势博弈建模和势函数47-48
• 2.3.2 信道状态反馈信令分析48-50
• 2.3.3 子信道分配和功率优化策略50-51
• 2.4 仿真结果分析51-56
• 2.4.1 仿真模型51-52
• 2.4.2 性能分析52-56
• 2.5 本章小结56-57
• 第三章 异构Femtocell网络中节能通信多维资源优化策略研究57-73
• 3.1 系统模型及问题建模58-61
• 3.1.1 系统模型58-60
• 3.1.2 问题建模60-61
• 3.2 基于超模博弈的节能通信多维资源优化策略61-69
• 3.2.1 博弈框架61-62
• 3.2.2 信道状态反馈优化62
• 3.2.3 考虑能量有效性的子信道分配算法62-63
• 3.2.4 考虑能量有效性的功率分配策略63-68
• 3.2.5 分布式资源优化算法68-69
• 3.3 仿真结果分析69-72
• 3.3.1 仿真模型69
• 3.3.2 性能分析69-72
• 3.4 本章小结72-73
• 第四章 异构单向中继网络中多维资源优化策略研究73-84
• 4.1 系统模型和问题建模74-76
• 4.1.1 系统模型74-75
• 4.1.2 问题建模75-76
• 4.2 基于RAF的多维资源优化策略76-80
• 4.2.1 联合中继节点选择和子信道分配算法76-77
• 4.2.2 基于拉格朗日对偶分解的功率分配算法77-79
• 4.2.3 基于RAF的资源优化算法79-80
• 4.3 仿真结果分析80-83
• 4.3.1 参数设置80-81
• 4.3.2 性能分析81-83
• 4.4 本章小结83-84
• 第五章 异构双向中继网络中多维资源优化策略研究84-103
• 5.1 系统模型和问题建模84-90
• 5.1.1 系统模型84-89
• 5.1.2 问题建模89-90
• 5.2 基于SSR的多维资源优化策略90-98
• 5.2.1 粒子群优化算法90-92
• 5.2.2 约束型粒子群优化算法92-93
• 5.2.3 二进制粒子群优化算法93-94
• 5.2.4 基于CPSO的功率分配算法94-95
• 5.2.5 基于B_CPSO的子信道分配算法95-97
• 5.2.6 基于CHA的子信道配对算法97
• 5.2.7 次优的子信道配对算法97-98
• 5.3 仿真结果分析98-102
• 5.3.1 参数设置98
• 5.3.2 性能分析98-102
• 5.4 本章小结102-103
• 第六章 总结与展望103-106
• 6.1 论文工作总结103-104
• 6.2 未来工作展望104-106
• 参考文献106-120
• 缩略词120-123
• 致谢123-124
• 攻读学位期间科研及学术论文情况124-126

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