WiMAX網(wǎng)絡(luò)跨層調(diào)度算法研究

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1、北京工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文WiMAX網(wǎng)絡(luò)跨層調(diào)度算法研究姓名：喬峰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：林平分20090301北京工業(yè)犬掌工學(xué)博上．彳：￡。=論文化的前提下，使用如凸優(yōu)化，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、單純形法、線性規(guī)劃、拉格朗日松弛法等數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法進(jìn)行求解。這等于對(duì)無線調(diào)度問題本身進(jìn)行了簡化，如凸優(yōu)化方法將問題簡化為凸優(yōu)化的領(lǐng)域，而不考慮調(diào)度問題本身有可能是凹優(yōu)化的問題。另外一般傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，只能求得一個(gè)精確解。因?yàn)檎{(diào)度是多目標(biāo)的，而多目標(biāo)的解，即Pareto解其問題本身就是一個(gè)解集，幾乎不存在唯一解的可能性。而且數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法對(duì)于變量的條件，調(diào)度函數(shù)的

2、可導(dǎo)、可微等有一定的要求，這就限制了該類方法的應(yīng)用范圍。本論文提出了使用進(jìn)化算法求解無線調(diào)度問題的方法。由于無線調(diào)度問題本身的復(fù)雜性，涉及到無線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉，目前應(yīng)用進(jìn)化算法求解無線調(diào)度問題的研究成果和發(fā)表的論文還是空白，所以進(jìn)行該領(lǐng)域的研究是一件非常有意義的工作。本論文首次提出了基于微分進(jìn)化算法以及多目標(biāo)優(yōu)化算法的無線調(diào)度算法，通過仿真驗(yàn)證了這些算法在WiMAX網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的有效性和可行性。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：1．建立了WiMAX網(wǎng)絡(luò)OFDMA模式的公平調(diào)度數(shù)學(xué)模型，本論文提出了適于進(jìn)化算法應(yīng)用的簡化的多載波公平調(diào)度模型以便于進(jìn)化算法的使

3、用。2．提出了WiMAX網(wǎng)絡(luò)OFDMA模式的跨層設(shè)計(jì)架構(gòu)，針對(duì)WiMAX網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的特點(diǎn)，本論文提出了適于WiMAX網(wǎng)絡(luò)OFDMA模式的跨層調(diào)度算法架構(gòu)。3．提出了基于微分進(jìn)化的WiMAX網(wǎng)絡(luò)OFDMA模式的跨層調(diào)度算法，微分進(jìn)化算法是進(jìn)化算法產(chǎn)生以來在算法理論方面取得的最重大的進(jìn)展。由于微分進(jìn)化算法同樣應(yīng)用了“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的自然進(jìn)化法則，所以該算法也應(yīng)當(dāng)屬于進(jìn)化算法的一種。微分進(jìn)化算法能更快速、更穩(wěn)定的收斂到問題的全局最優(yōu)解?？紤]到無線信道的時(shí)變性，無線調(diào)度算法需要快速的跟蹤信道的變化，所以本論文提出了基于微分進(jìn)化的跨層調(diào)度算法。4．提出了基于粒子群優(yōu)化的WiM

4、AX網(wǎng)絡(luò)OFDMA模式的跨層調(diào)度算法，粒子群優(yōu)化算法，該算法源于對(duì)鳥群覓食行為的研究。研究者發(fā)現(xiàn)鳥群在飛行過程中經(jīng)常會(huì)突然改變方向、散開、聚集，其行為不可預(yù)測(cè)，但其整體總保持一致性，個(gè)體與個(gè)體間也保持著最適宜的距離。通過對(duì)類似生物群體的行為的研究，發(fā)現(xiàn)生物群體中存在著一種社會(huì)信息共享機(jī)制，它為群體的進(jìn)化提供了一種優(yōu)勢(shì)，這也是粒子群算法形成的基礎(chǔ)。由于沒有免費(fèi)午餐定理的存在，而且粒子群算法容易理解、易于實(shí)現(xiàn)，所以本論文提出了基于粒子群優(yōu)化的無線跨層調(diào)度算法。5．建立了WiMAX網(wǎng)絡(luò)OFDMA模式的多目標(biāo)調(diào)度數(shù)學(xué)模型，鑒于無線調(diào)度問題本身的復(fù)雜性，即多目標(biāo)優(yōu)化，目前該領(lǐng)域還

5、沒有建立有效的多目標(biāo)調(diào)度模型，所以本論文建立了一個(gè)多目標(biāo)調(diào)度模型，為深入研究跨層調(diào)度算法提供了調(diào)度的數(shù)學(xué)模型。6．提出了基于多目標(biāo)進(jìn)化的WiMAX網(wǎng)絡(luò)OFDMA模式的跨層調(diào)度算法，依據(jù)本摘要曼!曼曼曼曼曼曼曼鼉Im————鼉I論文建立的數(shù)學(xué)模型，以及求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的復(fù)雜性，本論文提出了基于多目標(biāo)微分進(jìn)化的無線跨層調(diào)度算法。7．提出了基于系統(tǒng)級(jí)芯片的WiMAX網(wǎng)絡(luò)跨層體系架構(gòu)，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度越來越高，尤以無線通信系統(tǒng)級(jí)芯片的設(shè)計(jì)更是其中最困難的部分，本論文提出了一種適合WiMAX網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)級(jí)芯片跨層體系架構(gòu)。8．提出了無線通信芯片

6、設(shè)計(jì)方法學(xué)，建立了WiMAX網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)仿真模型，為了完成WiMAX芯片的功能評(píng)估，本論文建立了WiMAX網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)模型。關(guān)鍵詞WiMAX：進(jìn)化算法；OFDMA：無線調(diào)度：服務(wù)質(zhì)量AbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunication，internetandmultimediatechnologies，thenewgenerationofmobilecommunicationnetworkssuchasWiMAXandLTEarebecomingdiverse，high·speed，flexibleandhighlye

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