一种无线通信网的动态频率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种无线通信网的动态频率分配方法，将无线通信网络频率分配问题形式化为图表示、检测和筛选可用频率、通信网络频率约束符号ADD表示、构建变量序π和标记分解变量、分解频率分配问题为子问题集、依次对子问题集中子问题求解、求解上界、对非分解变量用桶消元算法求解、对分解变量采用深度优先分支定界算法求解、若存在新加入通信网络节点，构建成新子问题、对子问题进行求解；通过利用ADD的高紧凑表示和以集合方式处理多组数据的方式处理约束，提高频率分配问题求解效率。本发明专利技术能够在较高的算法效率下，完成对无线通信网络的频率分配问题，同时还能适应动态自主网络的频率分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息通信
，具体涉及。
技术介绍
频率分配问题（FrequencyAssignmentProblem,FAP)是由Megzger在 1970 年提 出的。频率分配问题是将有限的频率资源分配给无线通信且要求相关的无线通信之间的信 号干扰最小化。频率分配问题的应用领域主要有信息通信、军事通信、电视广播、无线电话 通f目等等。 在信息通信日剧增长的当今社会，随着无线通信技术的快速发展和广泛应用，频 谱需求急剧增长，频谱资源日渐紧缺，无线通信网络频率分配已成为值域无线通信网络的 关键技术，是一个急需解决的难题。对于大规模无线通信网的组织可能会涉及到成百上千 或更多的无线子网的规划和维护，如何高效合理地利用有效的频率资源，减少各子网之间 的频率干扰，提高无线通信网络的服务质量变的非常重要。无线通信网络中节点动态添加 和提高频谱的利用率是核心问题。 然而，目前就频率分配问题提出的求解方法有： (1)图着色算法、分支定界算法等，这类算法将资源分配问题当作一个NP难问题， 这些方法适合小规模无线通信网络的频率分配问题，对大规模无线通信网络的求解时间 长，且频率分配结果不太理想，不能应用于网络节点动态变化的无线通信网络。 (2)基于智能搜索的方法：有遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法、紧急搜索算法、 粒子群优化算法等等，这些算法在固定网络结构如移动通信的蜂窝通信系统中得到了成功 应用，但不适合节点动态增加的无线通信网络的频率规划需求，这些求解方法通过寻找近 似最优解，在有效的时间内能够取得较好的解，但是此解不能保证无线通信网络中的频率 干扰最优。 从现有频率分配问题的求解算法可知，这些方法要不无法保证获得没有频率冲突 的最优解，要不求解周期长，因而不能应用在无线通信网动态变化的频率分配问题中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，其能够 在提高资源利用率的同时，最大可能保证无线通信网络的通信质量，且能适应无线通信网 中节点和频率约束的动态变化。 为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的： ，包括如下步骤： 步骤A.将无线通信网络的频率分配问题建模，并将二元约束和一元约束集分别 转换成代数决策图符号表示； 步骤B.设计变量选取规则，构建变量序，并引入分解变量定义，标记分解变量； 步骤C.利用分解变量，设计分解规则，分解频率分配问题得到子问题分解结果； 步骤D.依次对子问题进行求解，在子问题求解中，非分解变量采用桶消元算法求 解，分解变量采用深度优先算法求解； 步骤E.若无线通信网络中有新加入节点，则将新加入节点和原无线通信网络组 成新的子问题，并利用步骤D对新子问题进行求解。 所述步骤A具体包括如下步骤： 步骤A1.将无线通信网络抽象成约束图；即无线通信网络的每个节点抽象为约束 图的顶点，无线通信网络的2个节点之间的关系抽象为约束图的边，由此构建一个约束图； 步骤A2.将约束图的顶点集作为加权约束满足问题的变量集，并对于变量集中的 每个变量，在给定的频率使用范围内，检测和筛选出所有可用的频率，同时将每个变量的可 用频率用值域进行表示； 步骤A3.让约束图的边作为加权约束满足问题的约束集，并将无线通信网络中的 频率分配约束关系刻画成约束代价的形式； 步骤A4.将加权约束满足问题的约束集用代数决策图符号表示。 所述步骤B具体包括如下步骤： 步骤B1.设定变量选取规则，并从变量集中选出满足该变量选取规则的变量，若 该变量的后向度大于1，将其标记为分解变量； 步骤B2.将选出的变量从变量集中删除，并从约束集中提出与该变量有关的所有 约束关系存储在变量信息结构中，以此构建变量序，同时从约束集中删除约束范围内包含 该变量的所有约束关系； 步骤B3.若变量集不为空，则转至步骤B1 ;否则，结束变量序的构建过程。 所述步骤B1中设定的变量选取规则可以根据情况进行自行设定，但为了提高性 能，本专利技术设定的变量选取规则是：从变量集中选择变量后向度为〇或1的变量，若不存在 这样的变量，则选择变量后向度最大的变量。 所述步骤C具体包括如下步骤： 步骤C1.若分解变量的个数为零，则子问题分解结果为原问题； 步骤C2.若分解变量的个数不为零，则依次取出分解变量，每个分解变量对应一 个子问题； 首先，构建子问题的变量集，即先从变量序中选择在该分解变量及其该分解变量 之后的所有变量放入到子问题的变量集，再从变量序中选择与上述所得的子问题的变量集 中已有变量有约束关系且后向度为1的变量放入到子问题的变量集； 然后，让每个子问题的变量集的每个变量的值域与原问题的值域相同； 最后，让子问题的约束集为该子问题的变量集中变量之间的约束关系。 所述步骤D具体包括如下步骤： 步骤D1.依次选取每个分解变量的子问题； 步骤D2.计算子问题的上界； 步骤D3.采用桶消元算法求解子问题中的非分解变量； 步骤D4.采用深度优先分支定界算法求解子问题中的分解变量， 步骤D5.重复步骤D3和步骤D4,直到子问题求解结束，并存储最优解。 所述步骤D1中：子问题的选取顺序可以按分解变量的排序反向进行，即最先选取 最后一个分解变量的子问题，最后选取第一个分解变量的子问题。 基于上述方法而设计的一种无线通信网的动态频率分配系统，主要由形式化建模 模块，无线通信网络频率分配模块和动态频率分配模块构成；其中： 形式化建模模块，输入是无线通信网络的频率分配问题；其包括形式化为图表示 单元、频率资源过滤单元、约束转换单元和代数决策图符号表示单元； 形式化为图表示单元，用于将无线通信网络抽象为约束图结构； 频率资源过滤单元，将给定的分配频率范围过滤和检测，形式化为值域形式； 约束转换单元，将无线通信网络中相互关联节点之间的频率约束转换成约束代价 的形式； 代数决策图符号表示单元，将无线通信网络中的二元约束和一元约束都代数决策 图符号表不； 无线通信网络频率分配模块，用于对无线通信网络频率分配问题求解最优频率分 配方案；其包括构建变量序单元、子问题划分单元和子问题求解单元； 构建变量序单元，构建变量序，并标记分解变量； 子问题分解单元，根据变量序及分解变量，将无线通信网络的频率分配问题分解 成子问题方案； 子问题求解单元，用于依次对子问题分解方案中子问题求解； 动态频率分配模块，将新加入节点和原无线通信频率分配问题组成新的频率分配 问题，用子问题求解模块行进求解。 本专利技术公开了，用以解决现有技术中无法适 应通信网络的动态变化。该方法包括：无线通信网络频率分配问题形式化为图表示、检测和 筛选可用频率、通信网络频率约束符号ADD表示、构建变量序31和标记分解变量、分解频率 分配问题为子问题集QF、依次对子问题集QF中子问题求解、求解上界、对非分解变量用桶消 元算法求解、对分解变量采用深度优先分支定界算法求解、若存在新加入通信网络节点，构 建成新子问题、对子问题进行求解；通过利用ADD(代数决策图）的高紧凑表示和以集合方 式处理多组数据的方式处理约束，提高频率分配问题求解效率。本专利技术能够在较高的算法 效率下，完成对无线通信网络的频率分配问题，同时还能适应动态自主网络的频率分配。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于： 1、利用分解方法将无线通信网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线通信网的动态频率分配方法，其特征是，包括如下步骤：步骤A.将无线通信网络的频率分配问题建模，并将二元约束和一元约束集分别转换成代数决策图符号表示；步骤B.设定变量选取规则，构建变量序，并引入分解变量定义，标记分解变量；步骤C.利用分解变量，设计分解规则，分解频率分配问题得到子问题分解结果；步骤D.依次对子问题进行求解，在子问题求解中，非分解变量采用桶消元算法求解，分解变量采用深度优先算法求解；步骤E.若无线通信网络中有新加入节点，则将新加入节点和原无线通信网络组成新的子问题，并利用步骤D对新子问题进行求解。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐周波，杨新亮，古天龙，常亮，宁黎华，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45