异构无线网络中多维资源优化策略研究

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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。
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