论文研究-基于最优功率控制和马尔可夫链优化的异构无线网络.pdf

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为了提高异构无线网络的资源利用率以及网络吞吐量,提出一种基于最优功率控制和马尔可夫链优化的异构无线网络,通过建立异构网络模型对异构网络的业务负载情况进行分析,采用有限容量下的最优功率控制方法来使业务能够选择合适的接入网络,并采用基于马尔可夫链来进行网络吞吐量优化,在对不同形式的网络进行速率分配时,采用了多权重优化进行求解最优解,可以降低网络的阻塞情况,提高网络的利用效率。实验仿真结果及分析表明,该算法在提高网络吞吐量、减少网络利用效率上具有较好的效果。
第4期 朱静宜,等:基于最优功率控制和马尔可夫链优化的异构无线网络 1213 其中:σ表示该网络业务在异构网络中所占的权重值;M表示异构无线网络,该异构无线网络通过在有效的网络容量下进行 异构网络当前的总业务数;表示总的可用带宽。 最优功率控制,并通过基于马尔可夫链和衡量因子来最大化网 络吞吐量。在速率分配上,通过多权重优化求解最优解,合理 3实验结果及分析 地为不同的接人网络分配速率,可以降低网络的阻塞情况,提 为了分析基于最优功率控制和马尔可夫链优化的异构无高网络的利用效率。在实验中,迫过与两种算法的对比分析可 线网络所具有的性能,本文采用C++进行模拟仿真。LTE和以看出,本文提出的算法在提高网络吞吐量和减少阻塞率上具 WiMAX通信系统所组成的异构网络的参数如表1所小。 有较好的效果。 表1LTE和 WiMAX所组成的异构网络参数 参数 取值 参数 取值 0.1 T(LTE) r( WiMAX) 800m 1( LTE 10 kbps U WiMAX 0. 一本文算法 n( LTE n( WiMAX) 献14掉法 文献[]算法 I(L TE) I( WiMAX) 30 ms 0104 其中:r(·)表示覆盖半径;v(·)表示速率;n(·)表示业务数 运行时间 量;t(·)表小延迟时问。 图3网络阻塞率变化情况 为了能够更好地分析木文所设计的异构无线网络的性能,参考文献 在仿真实验中主要采用了对比分析的方法,对比算法为Yo等[1 DAMNJANOVIC A, MONTOJ0J. WEl Yong-bin,ea. A survey or 人提山的一种使用邻居网络信息和预测交接框架的异构尢 3GPP heterogeneous networks [J]. IEEE Wireless Communica 线网络,以及 Lopez-Bent等人出提出的和异构无线网络 tons,2011,18(3):1021 的无线资源管理算法。在仿真实验中设置ITE和WMAX网21C,HRQ、XUYm,a. Optimal frar tional frequeney reuse: 络的业务与在异构网络屮是同等重要的。在这两个网络的业 and power control in the heterogeneous wireless networks[ J]. IEEE Trans on Wireless Communications, 2013, 12(6): 2658-2668 务达到率各为50%时,网络的业务分配情况最为良好。图1「31崔扬,徐玉滨,许荣庆,一个新穎的异构元线网络接入选择法 为木文提出的算法和文献[14,15]两种算法在这种设置条件 [冂].哈尔滨大学学报,2012,44(1):53-59 下的WMAX网络的业务到达率的对比。从图中可以看出,本[4]SONH,LEES, KIMS C,eta. Soft load balancing over heterogeneous 文算法在运行了一段时间之后, WIMAX网络的业务到达率达 wireless networks LJ. IEEE Trans on Vehicular Technology 到了0.45以上,接近于0.50,而文献[I4,15]的算法所得到的 2008,57(4):2632-2638 业务到达率仅仅超过0.35,小于0.40。从而可以看出,采用本 [5]焦毅,易克初,巧懋德,等.基于服务质量感知的异构无线网络负 载均衡算法「J].吉林大学学报:工学版,2013,43(3):796-800 文算法时网络的业务分配情况更加良好。 [6石文孝,范绍帅,王柟,等,基于ⅣO模糊神经元的异构无线网络 图2是文算法和文献[14,15]算法在仿真过程屮的吞 接入选择LJ」.北京邮已大学学报,2011,34(2):58-62 吐量变化情况。从图中的吞吐量变化趋势可以看出,木文算法7」 SELVAKUMAR A,Ⅴ AIDEIII V, PALANIVELU T G. Adaptive load 下的异构网络吞吐量增长趋势明显,在运行到500s时吞吐量 halancing handoff scherne frr heterogeneous wireless network[C]// 达到∫244kbvs,文献[14]的算法在运行到500s时春吐量达 Proc of the 3rd Intemational Conference on Advanced Computing Washington DC IEEE Computer Society, 2011: 327-332 钊了211,文献[15]的算法则达到了224kbps。可以看出,本 [8』姜永,陈山枝,胡博.异构无线网络中基于 Stackelberg博弈的分布 文算法相比这两和算法在提升异构网终的乔吐量上具有更好 式定价和资源分配算法[J.通信学报,2013,34(1):61-68 的效果。 [91 SEHGAL A, AGRAWAL R QoS based network selection scheme for .50 4 systems[ J]. IEEE Trans on Consumer Electronics, 2010, 56 0.35 [10 KUHELI L, JUNG H, DHARMA P A Exploring load balancing in het 图×三 erogeneous networks by rate distribution J| Intemational Journal of 190 180 Autonomous and Adaptive Communication Systems, 2010, 3 义献[4]算 51.0 03C0 运行时间/h 运行时间/ 500[11 CIIEN Q B, ZIlOU W G, CIIAI R, et al. Game-theoretic approach for 图1 WiMAX网络的业务到达率图2系统总吞吐量变化情况 pricing strategy and network selection in heterogeneous wireless net- works[J]. IET Communications, 2011, 5(5): 676-68 图3表示在仿真过程中三种算法的网络阻塞率情况。从仿「121 MIGUEL L B, AVier G. Common radio resource management algo 真实验得到的数据可以看出,三种算法的网络阻塞率都随着 rithms for multimedia heterogeneous wireless networks[J]. IEEE 行吋间而逐渐增大,在运行到大约450吋都开始逐渐趋于平 Trans on Mobile Computing, 2011, 10(9): 1201-1213 缓。其中,本文算法的络阻塞率最低,在50、时阻塞比率为1315lmg,o. vertical handoff rate analysis based on angle 0.127,文献[14]的算法则为0.188,文献[15]的算法为0.162 2012,28(7):1029-103 当网络的阻悲率越低时,网络的利用效率更高,因此本文算法在[14] YOO SJ, CYPHER D, GOLMIE N. Timely effective handover mecha 降低网络阻率、提高网络利用率上具有夏大的优势。 nism in heterogeneous wireless networks[ J]. Wireless Personal Communications,2010,52(3):449-475 4结束语 L15 LOPEZ-BENITEZ M, GOZALVEZ J Common radio resource manage reI for multimedia helerogeneous wireless net works[ J] 本文提出了一种基于最优功卒控制和马尔可夫链优化的 IEEE Trans on Mobile Computing, 2011, 10(9): 1201-1213

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