基于禁忌搜索的飞蜂窝网络频谱分配方法组成比例

本发明专利技术提出了一种基于禁忌搜索算法的飞蜂窝网络频谱分配方法，主要解决现有飞蜂窝网络频谱分配方法分配效果差的问题。其实现过程是：（1）绘制飞蜂窝网络干扰图并将其中节点随机分入节点集合，得到初始解及其适应值；（2）判断初始解适应值是否为0，若为0则完成分配，否则生成当前解和当前最优解；（3）生成当前解的邻域；（4）执行邻域中非禁忌或满足藐视规则的最优动作，生成新解代替当前解；（5）用当前解代替当前最优解，如果当前最优解适应值为0，获得频谱分配方案，否则返回步骤（3）。本发明专利技术能在飞蜂窝网络密集分布时，获得较好的频谱分配方案，可用于宏蜂窝与飞蜂窝混合组网。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，特别是飞蜂窝网络的频谱分配，可用于宏蜂窝与飞蜂窝混合组网。
技术介绍
随着通信技术的飞速发展，人们对传输业务速率和质量的要求也越来越高。为了在区域内通信，使用蜂窝网覆盖整个区域。蜂窝网建网初期出现的宏蜂窝覆盖半径较大，难以满足用户对信号质量和速率的要求，但由于50%的语音通信和70%的数据通信都发生在室内，于是出现了飞蜂窝，它可以有效解决室内语音和数据业务。在宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中，当飞蜂窝密集覆盖时，信号干扰问题尤为严重，频谱资源又相对匮乏，如何有效避免飞蜂窝网络中的干扰，并提高频谱的利用率就成为了专家和学者研究的热点。宏蜂窝与飞蜂窝混合组网FMOS的频谱带主要分为三种宏蜂窝专用频谱带，飞蜂窝专用频谱带，FMOS可再利用频谱带。宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中的宏蜂窝使用宏蜂窝专 用频谱带；飞蜂窝分为位于干扰敏感区域ISA的飞蜂窝和位于非干扰敏感区域NISA的飞蜂窝，位于干扰敏感区域ISA的飞蜂窝使用飞蜂窝专用频谱带，位于非干扰敏感区域NISA的飞蜂窝使用FMOS可再利用频谱带。飞蜂窝网络频谱分配问题，就是对FMOS可再利用频谱带进行分配，从而减少飞蜂窝网络占用的频谱资源，提高FMOS可再利用频谱带的利用率，避免飞蜂窝网络间的同层干扰。现有的飞蜂窝网络频谱分配方法主要是基于图论的方法，将飞蜂窝网络转换成图着色模型，然后利用解决图着色问题的Dsatur算法，获得飞蜂窝网络的频谱分配结果，这种方法虽然用时较少，但当飞蜂窝网络密度大时，频谱分配效果较差，导致频谱资源利用率不闻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于禁忌搜索的飞蜂窝网络频谱方法，以减少飞蜂窝网络密度大时，所需要的频谱资源，从而提高频谱资源的利用率，避免飞蜂窝网络间的同层干扰。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤(I)将宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的飞蜂窝用节点表示，用边连接相互干扰的飞蜂窝所对应的节点，得到干扰图H= {N，V, E}，其中N是节点个数，V是节点的集合，V= {1，2，...，N}，E是边的集合；(2)将干扰图H中所有节点随机分入K个节点集合，得到飞蜂窝网络频谱分配问题的初始解S。= IV1, V2，. . .，VJ，其中V1, V2,. . . , Vk分别表示节点集合1，2，. . .，K ;I HvV G V1(3)求解初始解的适应值f (S0) = Σ δ uv，其中4 = o o—口 ^u1V表示两个相互干扰的节点,V1表示节点集合I, I < I < K,当两个相互干扰的节点U，V都属于节点集合V1时，δ uv=l，否则δ uv=0, f (Stl)表示初始解Stl中存在的干扰总和；(4)判断初始解的适应值f (S。)是否为0，若f (S。) =O^iJSci=HumViJ为飞蜂窝网络频谱分配结果，K为所需要的频谱数；否则，生成当前解S=Stl=IV1, V2,, VkI和当前最优解Sbest=Stl=IV1, V2,, VkI，则当前解适应值f (S)Zf(Stl)，当前最优解适应值f (Sbest) =f (S0)；(5)将当前解S=IV1, V2, , VK}中节点集合Vi中的节点C，从节点集合Vi移动到节点集合'，记为动作(C，Vi, VP，其中C为与节点集合Vi中某个节点存在干扰的一个节点，I彡i彡K, I彡j彡K, i古j用当前解S的所有动作,构成当前解S的邻域neigh ；(6)在当前解S的邻域neigh中选择使当前解适应值f (S)下降最多的动作 (C1VilVj)min ；(7)判断(6)中选择的动作(c，Vi, Vpmin是否在禁忌表中，如果不在禁忌表中，对当前解S执行该动作(C，Vi,Vpmin，生成新解S';否则，判断该动作(C，Vi,Vpmin是否满足藐视规则，若满足，对当前解S执行该动作(C，Vi, Vj)min,若不满足，则在邻域neigh中删除该动作，跳(6)；(8)将步骤(7)中执行的动作(c，Vi, Vpmin加入禁忌表，并为其设置禁忌长度，比较新解Si适应值f (S')与当前解适应值f (S)的大小，若f (S' )〈f(S)，则用新解Si代替当前解S，即S=Si，用新解Si适应值代替当前解S适应值，即f (S) =f (s')，否则，在邻域neigh中删除该动作，跳(6)；(9)比较当前解适应值f(S)与当前最优解适应值f(Sbest)之间的大小，若f⑶<f (Sbest)，贝IJ用当前解S代替当前最优解Sbest,即Sbest=S,用当前解适应值f (S)代替当前最优解适应值f (Sbest)，即f (Sbest) =f (S)，否则，执行步骤(10)；(10)判断当前最优解适应值f (Sbest)是否为0，若f(Sbest)=0，输出飞蜂窝网络频谱分配方案Sbest和所需频谱数K，否则，跳回步骤⑵。本专利技术与现有的技术相比具有以下优点I、由于本专利技术对执行过的动作采用禁忌策略，可以有效避免迂回搜索，跳出现有图着色算法容易陷入局部最优的限制，因此能够在邻域中搜索到全局最优解，获得较好的频谱分配方案；2、由于本专利技术是在当前解的邻域中搜索最优解，可以有效降低求解复杂问题的时间复杂度，因此有利于解决飞蜂窝网络密度大时的频谱分配问题，从而有效提高频谱利用率，节省频谱资源。附图说明图I是本专利技术的流程框图；图2是本专利技术实施例中飞蜂窝网络的干扰图；图3是本专利技术仿真试验中飞蜂窝网络I的干扰图；图4是本专利技术仿真试验中飞蜂窝网络2的干扰图；图5是本专利技术仿真试验中飞蜂窝网络3的干扰图。具体实施方式参照附图1，本专利技术具体实现步骤描述如下步骤I.将宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的飞蜂窝用节点表示，用边连接相互干扰的飞蜂窝所对应的节点，得到干扰图H。本专利技术的实施例选择宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的具体飞蜂窝网络进行频谱分配，飞蜂窝用节点表示，记为1，2，...，11，用边连接相互干扰的飞蜂窝所对应的节点I与2，I与4，I与7，I与9，2与3，2与6，2与8，3与5，3与7，3与10，4与5，4与6，4与10，5与8，5与9，6与11，7与11，8与11，9与11，10与11，绘制干扰图，如图2所/Jn ο步骤2.将干扰图H中所有节点随机分入K个节点集合，得到飞蜂窝网络频谱分配问题的初始解S。= IV1, V2,. · .，VJ，其中V1, V2, . . . , Vk分别表示节点集合1，2，. . .，K。 在本实施例中，将图2中的节点1，2，. . .，11随机分入4个节点集合，得到初始解S0=IV1, V2, V3, VJ，其中 V1=U, 7，9}，V2= {2, 6, 11}, V3= {3}，V4= {4, 5，8，10}。步骤3.求解初始解Sci的适应值f (S0) = Σ δ uv,其中= |0 Otfiers、u，V表示两个相互干扰的节点,V1表示初始解Stl=IV1, V2，. . .，Vk}中的节点集合1，I彡I彡K，当两个相互干扰的节点U，V都属于节点集合V1时，δ uv=l，否则δ uv=0, f (S0)表示初始解Sci中存在的干扰总和。在本实施例中，根据上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于禁忌搜索的飞蜂窝网络频谱分配方法，包括如下步骤：(1)将宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的飞蜂窝用节点表示，用边连接相互干扰的飞蜂窝所对应的节点，得到干扰图H={N,V,E}，其中N是节点个数，V是节点的集合，V={1,2,...,N}，E是边的集合；(2)将干扰图H中所有节点随机分入K个节点集合，得到飞蜂窝网络频谱分配问题的初始解S0={V1,V2,...,VK}，其中V1,V2,...,VK分别表示节点集合1,2,...,K；(3)求解初始解的适应值f(S0)=∑δuv,其中δuv=1u,v∈Vl0others,u,v表示两个相互干扰的节点，Vl表示节点集合l，1≤l≤K，当两个相互干扰的节点u,v都属于节点集合Vl时，δuv=1，否则δuv=0，f(S0)表示初始解S0中存在的干扰总和；(4)判断初始解的适应值f(S0)是否为0，若f(S0)=0，则S0={V1,V2，...,VK}为飞蜂窝网络频谱分配结果，K为所需要的频谱数；否则，生成当前解S=S0={V1,V2,...,VK}和当前最优解Sbest=S0={V1,V2,...,VK}，则当前解适应值f(S)=f(S0)，当前最优解适应值f(Sbest)=f(S0)；(5)将当前解S={V1,V2,...,VK}中节点集合Vi中的节点c，从节点集合Vi移动到节点集合Vj，记为动作(c,Vi,Vj)，其中c为与节点集合Vi中某个节点存在干扰的一个节点，1≤i≤K，1≤j≤K，i≠j，用当前解S的所有动作，构成当前解S的邻域neigh；(6)在当前解S的邻域neigh中选择使当前解适应值f(S)下降最多的动作(c,Vi,Vj)min；(7)判断(6)中选择的动作(c,Vi,Vj)min是否在禁忌表中，如果不在禁忌表中，对当前解S执行该动作(c,Vi,Vj)min，生成新解S′；否则，判断该动作(c,Vi,Vj)min是否满足藐视规则，若满足，对当前解S执行该动作(c,Vi,Vj)min，若不满足，则在邻域neigh 中删除该动作，跳(6)；(8)将步骤(7)中执行的动作(c,Vi,Vj)min加入禁忌表，并为其设置禁忌长度，比较新解S′适应值f(S′)与当前解适应值f(S)的大小，若f(S′)...

【技术特征摘要】
1.一种基于禁忌搜索的飞蜂窝网络频谱分配方法，包括如下步骤 (1)将宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的飞蜂窝用节点表示，用边连接相互干扰的飞蜂窝所对应的节点，得到干扰图H= {N，V, E}，其中N是节点个数，V是节点的集合，￥={1，2，...，《4是边的集合； (2)将干扰图H中所有节点随机分入K个节点集合，得到飞蜂窝网络频谱分配问题的初始解 S。= IV1, V2，. . .，VJ，其中 V1, V2,. . . , Vk 分别表示节点集合 1，2，. . .，K ; (3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建设，侯霄茹，焦李成，尚荣华，戚玉涛，吴家骥，韩红，白静，王达，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：