WiMAX网络跨层调度算法研究

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1、北京工业大学博士学位论文WiMAX网络跨层调度算法研究姓名：乔峰申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：林平分20090301北京工业犬掌工学博上．彳：￡。=论文化的前提下，使用如凸优化，动态规划法、单纯形法、线性规划、拉格朗日松弛法等数学规划的方法进行求解。这等于对无线调度问题本身进行了简化，如凸优化方法将问题简化为凸优化的领域，而不考虑调度问题本身有可能是凹优化的问题。另外一般传统的数学规划方法，只能求得一个精确解。因为调度是多目标的，而多目标的解，即Pareto解其问题本身就是一个解集，几乎不存在唯一解的可能性。而且数学规划的方法对于变量的条件，调度函数的

2、可导、可微等有一定的要求，这就限制了该类方法的应用范围。本论文提出了使用进化算法求解无线调度问题的方法。由于无线调度问题本身的复杂性，涉及到无线通信、计算机网络、计算机科学等多学科交叉，目前应用进化算法求解无线调度问题的研究成果和发表的论文还是空白，所以进行该领域的研究是一件非常有意义的工作。本论文首次提出了基于微分进化算法以及多目标优化算法的无线调度算法，通过仿真验证了这些算法在WiMAX网络中应用的有效性和可行性。本论文的主要创新点如下：1．建立了WiMAX网络OFDMA模式的公平调度数学模型，本论文提出了适于进化算法应用的简化的多载波公平调度模型以便于进化算法的使

3、用。2．提出了WiMAX网络OFDMA模式的跨层设计架构，针对WiMAX网络复杂的特点，本论文提出了适于WiMAX网络OFDMA模式的跨层调度算法架构。3．提出了基于微分进化的WiMAX网络OFDMA模式的跨层调度算法，微分进化算法是进化算法产生以来在算法理论方面取得的最重大的进展。由于微分进化算法同样应用了“优胜劣汰，适者生存”的自然进化法则，所以该算法也应当属于进化算法的一种。微分进化算法能更快速、更稳定的收敛到问题的全局最优解。考虑到无线信道的时变性，无线调度算法需要快速的跟踪信道的变化，所以本论文提出了基于微分进化的跨层调度算法。4．提出了基于粒子群优化的WiM

4、AX网络OFDMA模式的跨层调度算法，粒子群优化算法，该算法源于对鸟群觅食行为的研究。研究者发现鸟群在飞行过程中经常会突然改变方向、散开、聚集，其行为不可预测，但其整体总保持一致性，个体与个体间也保持着最适宜的距离。通过对类似生物群体的行为的研究，发现生物群体中存在着一种社会信息共享机制，它为群体的进化提供了一种优势，这也是粒子群算法形成的基础。由于没有免费午餐定理的存在，而且粒子群算法容易理解、易于实现，所以本论文提出了基于粒子群优化的无线跨层调度算法。5．建立了WiMAX网络OFDMA模式的多目标调度数学模型，鉴于无线调度问题本身的复杂性，即多目标优化，目前该领域还

5、没有建立有效的多目标调度模型，所以本论文建立了一个多目标调度模型，为深入研究跨层调度算法提供了调度的数学模型。6．提出了基于多目标进化的WiMAX网络OFDMA模式的跨层调度算法，依据本摘要曼!曼曼曼曼曼曼曼鼍Im————鼍I论文建立的数学模型，以及求解多目标优化问题的复杂性，本论文提出了基于多目标微分进化的无线跨层调度算法。7．提出了基于系统级芯片的WiMAX网络跨层体系架构，随着无线通信技术的快速发展，无线通信系统设计的复杂度越来越高，尤以无线通信系统级芯片的设计更是其中最困难的部分，本论文提出了一种适合WiMAX网络的系统级芯片跨层体系架构。8．提出了无线通信芯片

6、设计方法学，建立了WiMAX网络系统级仿真模型，为了完成WiMAX芯片的功能评估，本论文建立了WiMAX网络系统级模型。关键词WiMAX：进化算法；OFDMA：无线调度：服务质量AbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunication，internetandmultimediatechnologies，thenewgenerationofmobilecommunicationnetworkssuchasWiMAXandLTEarebecomingdiverse，high·speed，flexibleandhighlye

7、fficient．Inordertosupportvariousserviceswithdifferentserviceofquality(QoS)requirements，radioresourceschedulingalgorithmsneedtotakeservicerequirementsintoconsiderationandefficientlyallocateradioresourcetoeachservice．Atthesametime，inordertoadapttothetime—varyingradiochannel