无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法技术

本发明专利技术无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法，首先，在由宏基站和微基站组成无线异构网络中，用户在能接收到导频信号的基站中随机地选择一个作为服务基站，采用OFDMA方式将子载波随机地分配给一个或者多个用户进行建模分析，构建在频谱带宽和发射功率受限的约束条件下能量效率和负载均衡的双目标函数；然后，提出基于K‑means聚类和扇形窗的多目标粒子群算法，在提高能量效率的同时，也保证了整个无线通信网络的负载相对均衡。本发明专利技术复杂度低且容易实现，可有效地解决无线异构网络下基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化问题，确保了整个通信网络在负载相对均衡的情况下，能量效率也不断提升。

Joint optimization of energy efficiency and load balancing based on QoS in wireless heterogeneous networks

【技术实现步骤摘要】
无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法
本专利技术属于无线通信网络仿真领域，涉及无线通信网络中能量效率和负载均衡联合优化，具体为无线异构网络中基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法。
技术介绍
近年来随着移动数据量呈爆炸式的增长，由现有的宏基站和不同制造商生产、运行在不同的协议上的计算机、网络设备、微基站SmallCell等，并支持不同的功能或应用的无线异构网络(HeterogeneousNetwork)正在受到业内的普遍关注。由于无线异构网络可以根据用户的特点(例如车载用户)、业务特点(例如实时性要求高)和网络自身的特点，来为用户选择合适的网络拓扑，以便提供更好的QoS(QualityofService)服务，将成为下一代移动通信(5G)的发展方向。相比较宏蜂窝网中使用的宏基站，微基站SmallCell工作在授权的、非授权的频谱，可以覆盖从10米到数100米的范围，是低功率的无线接入节点。由于微基站SmallCell的成本较低，且便于部署，所以微基站SmallCell是一种可行的且经济高效的方案，用于替本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，根据无线异构网络场景模型，构建的能量效率和负载均衡双优化目标函数，以及模型中包含所有用户-基站连接关系的用户-基站连接关系；/n步骤2，从用户-基站连接关系数组中选择一种用户-基站连接关系，采取随机的方式初始化粒子的位置和速率，初始化粒子的位置包括初始化粒子的频谱资源分配数组和发射功率数组，并计算无线异构网络中基站的能量效率和负载均衡度；依照此法初始化所有粒子的位置和速率，以及计算无线异构网络中基站的能量效率和负载均衡度；/n步骤3，用基于K-means聚类和扇形窗的自适应多目标粒子群优化算法，...

【技术特征摘要】
1.无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据无线异构网络场景模型，构建的能量效率和负载均衡双优化目标函数，以及模型中包含所有用户-基站连接关系的用户-基站连接关系；
步骤2，从用户-基站连接关系数组中选择一种用户-基站连接关系，采取随机的方式初始化粒子的位置和速率，初始化粒子的位置包括初始化粒子的频谱资源分配数组和发射功率数组，并计算无线异构网络中基站的能量效率和负载均衡度；依照此法初始化所有粒子的位置和速率，以及计算无线异构网络中基站的能量效率和负载均衡度；
步骤3，用基于K-means聚类和扇形窗的自适应多目标粒子群优化算法，选取全局引导者gbest粒子和个体引导者pbest粒子；根据全局引导者gbest粒子，计算无线异构网络中基站的能量效率和负载均衡度，保存至外部储备集；根据粒子群位置和速率公式更新所有粒子的位置和速率，并对超出决策空间的粒子进行变异或扰动；
步骤4，针对选择的用户-基站连接关系，判断步骤3中的粒子群优化算法中是否达到最大迭代次数；若未达到，转入步骤3；若达到最大迭代次数，则结束，得到选择的用户-基站连接关系网络最优的能量效率和负载均衡度；
步骤5，判断用户-基站连接关系数组中是否所有的用户-基站连接关系经由步骤2-4遍历；若没有，重复步骤2-4；若所有用户-基站连接关系均遍历，则结束；
步骤6，采用遍历的方式，在所有的用户-基站连接关系中搜索双目标函数的最优值，其中，能量效率和负载均衡度最优的用户-基站连接关系X为最优用户-基站连接关系X*，此时的频谱资源分配数组W、发射功率数组P分别最优的频谱资源分配数组W*和发射功率数组P*；完成无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化。


2.根据权利要求1所述的无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法，其特征在于，所述移动通信网络场景模型具体包括：
用于场景中全部区域的信号覆盖和为无微基站smallcell信号辐射区域的用户提供数据流量服务的宏基站MacroBS；
用于热点区域数据分流的微基站smallcell；
用于连接宏基站或者微基站，每个用户只能被一个基站只能被一个宏基站或者微基站服务。


3.根据权利要求1所述的无线异构网络基于QoS的能量效率和负载均衡的联合优化方法，其特征在于，所述能量效率和负载均衡度双目标函数如下：


















rs,u≥rmin；s∈S＝{1,2,...S}；u∈U＝{1,2,3,...U}(2-7)
rM,u≥rmin；u∈U＝{1,2,3,...U}(2-8)






其中，式(2-1)和(2-2)为优化目标函数能量效率和负载均衡度；
式(2-3)至(2-10)为约束条件，其分别为：
式(2-3)和(2-4)为微基站、宏基站的功率约束，每个基站的发射功率不能超过微基站、宏基站的最大值
式(2-5)和(2-6)为微基站、宏基站的频谱资源约束，每个基站的频谱带宽不能超过系统总带宽W；
式(2-7)和(2-8)为最低速率限制，为保证QoS，用户的数据速率不能小于最低速率rmin；
式(2-9)表示每个用户只能被一个宏基站或者微基站服务；
式(2-10)表示系统中所有的用户都...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锋，滕铁达，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61