基于遗传算法的可重配置系统动态规划和管理

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1、万方数据第38卷第9期2010年9月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．38No．9September2010文章编号：1000-565X(2010)09-0013—07基于遗传算法的可重配置系统动态规划和管理术徐玉滨丁哲沙学军(哈尔滨工业大学电子与信息工程学院，黑龙江哈尔滨150080)摘要：可重配置无线通信系统的动态规划和管理是个复杂的组合优化问题．为此。文中提出一种

2、基于遗传算法的方法，其能够在合法解空间中快速收敛到最优解，满足动态规划和管理的实时性要求．文中还提出了基于不同RAT频谱利用率差异的优化业务分布规划方法，以进一步提升系统的整体资源利用率．仿真结果表明，基于优化业务分布规划的动态规划和管理方法能够获得38．1％的频谱效率增益，相比基于传统业务分布规划的动态规划和管理方法大幅度提高了系统的整体频谱资源利用率．关键词：动态规划；动态管理；遗传算法；可重配置系统中图分类号：TN925．5doi：10．3969／j．issn．1000-565X．2010．0

3、9．003可重配置能力是指针对无线接入环境的异构性特点，综合可编程、可配置、可抽象的硬件环境以及模块化的软件设计思想，使网络和终端具备支持多种接入技术，且可灵活适配的能力⋯．具有可重配置能力的无线通信系统就是可重配置无线通信系统．欧盟E2R(EndtoEndReconfigurability)和E2RII项目对可重配置系统做了大量的研究【2J，提出了端到端重配置体系框架，定义了与重配置相关的新模块、协议和功能实体．其中动态规划和管理(DPM)就是可重配置无线通信系统的一个重要功能实体【34J．不同于

4、基于峰值业务量的固定无线网络规划，作为一个高层的功能实体，动态规划和管理通过对用户业务在时间和空间上的分布进行动态预测，针对用户业务种类、数量和服务质量的要求，为其管理下的可重配置基站动态地指定无线接人方式和分配频谱资源，并辅助用户终端按照网络规划来进行接入选择，以最少的频谱资源为用户提供满意的服务，从而获得中继增益．。E2R项目首次提出了动态规划和管理的概念，并且示意性地通过枚举的方法解决了简单的业务均匀分布场景下的动态规划和管理问题，对动态规划和管理能够获得的频谱效率增益进行了证明【4J．欧盟E

5、3(EndtoEndEfficiency)项目作为E2R和E2RII的后续项目怕J，延续了E2R和E2RII的部分研究工作，也将动态规划和管理纳入其框架中继续研究【6J．动态规划和管理是个复杂的组合优化问题。对于现实中业务分布在时间和空间上不均的复杂场景，文献[4]中使用的枚举方法由于不能满足实时性要求，因而不能算作一种有效方法．目前基于最优化方法的动态规划和管理有效算法鲜见报道，为此文中首先对动态规划和管理问题进行了建模，通过对最优化理论和算法的研究，并且借鉴了一些最优化方法在频谱资源分配中的成功

6、应用"‘81，提出了基予遗传算法的动态规划和管理方法，及基于不同无线接入技术(RAT)频谱利用率差异的优化业务分布规划方法．1问题描述重配置无线通信系统的覆盖区域为P，包含Ⅳ个小区，每个小区P。内设置一个可重配置基站，可收稿日期：2009-lO-09十基金项目：国家“973”计划项目(2007CB310606)；“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专(2009ZX03004．001)作者简介：徐玉滨(1954一)，男，教授，博士生导师，主要从事通信网及专用移动通信系统、导航定位技术、多媒体通信技

7、术等研究．E-mail：ybxu@hit．edu．1311万方数据14华南理工大学学报(自然科学版)第38卷重配置基站可工作的RAT集合为R，每个基站都可以在R中任一RAT上工作，并且可以同时通过多种RAT覆盖该小区．用户业务种类集合由S表示，每种业务在各小区中分布的数量d"。(s∈S，P。∈P)是矩阵D中的元素，D表示各业务在整个覆盖Ⅸ域内不同小区中分布的二维矩阵．每种业务分布在不同小区由不同RAT承载的业务量为c唧∥(s∈．s，P。∈P，r∈尺。，R。为能够承载业务s的RAT的集合)．每种业务s

8、由不同RAT承载时所需的频谱资源由函数6。(c"∥)(sES，P。∈P，r∈尺，)得到，各小区不同RAT中所分配的频谱数量为菇‰，，它是矩阵x中的元素，X表示频谱资源在整个覆盖区域内不同小区不同RAT中分布的二维矩阵．覆盖区域内整体用户服务质量(QoS)满意度Q可表示为∑∑∑c"∥D：丝生生!!L一(1)。∑∑d”。PnEJpseS因此可重配置无线通信系统动态规划和管理问题可以表示为在约束条件式(2)一(4)下确定X和Cs如^VsES，Vp。∈JP，Vr∈尺，从而最大