城市综合管廊无线监控网络信道接入与优化研究

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对于狭长半封闭的城市综合管廊而言,网络通信中存在资源受限、冲突严重等问题,导致数据传输在管廊中可靠性低、实时性差,如何优化资源调度、以降低信道冲突概率、更好地提高系统级可靠性与降低系统级时延成为城市综合管廊无线监控系统的关键。本文进行以下三个方面的研究:(1)以信道选择与接入为研究对象,分析其功率、信道利用率以及丢包率的特征。从综合管廊系统的变迁中,本文总结了信道的利用率、功率以及丢包率对信道的选择与接入所带来的影响。针对利用率,本文将次用户作为一个参与博弈的选手,根据信道资源的成本以及效用函数来作为在网络中信道分配的约束条件,使得信道资源能够尽最大可能被利用,随后产生效益,提高信道资源的利用率。但博弈的机制只能针对次用户在使用信道时,功率以及丢包率并不处于评估范围。因此,在次基础上结合信道的功率与信道数据传输的丢包率,对所有将要接入的系统信道进行评判。本文使用效益函数,确定信道接入后,丢包率、利用率以及功率三个因素所产生的效益,在原始的效益函数中根据用户需求引入权重比例,以保证满足用户对某个性能指标的需求,其定义的权重比例应当满足上述信道利用率、信道功率以及信道数据传输的丢包率与权重的实际结合,实现将大规模信道资源向较大规模信道资源进行过渡。(2)以信道资源质量的评估为研究对象,对较大规模信道资源进行信道质量评估,该研究方法结合频谱感知原理,利用网关与簇头进行在线融合感知,以干扰信号与出错概率为基础,结合量化准则,构建在线排队模型,对各处进行有效的信道序列排序,形成多处合理优化的信道感知矩阵。本文根据较多处信道感知矩阵在线集合,实时综合出精准的信道优化排序序列,利用建立的数学模型可以对当前信道的可靠性进行很大程度上优化和筛选,符合对信道的基础设定。本文中优化后的信道资源分配方案具有良好的稳定性和较高的运行效率,对系统级可靠性具有极大的提高。(3)以信道资源分配权重调节为研究对象,本文通过遗传算法对初始专家意见权重进行调节,该遗传算法调节权重比例后将会产生一组最优解,形成信道分配方案。由于实际应用中,外界的因素处于不可控状态,该方案中存在某一些性能指标能力较差,且对主网络系统工作存在一定的信道冲撞限制,使得系统呈现跌幅与不稳定状态,因此调节后的权重方案能给系统带来的收益就显得非常重要。本文引入反馈思想将系统实时调节的权重收益进行反馈,考虑到最终想获得系统级的可靠性越高越好与系统级延时越低越好,该问题属于函数最优值,即在区域内最优值最大和最小。而相对于求解函数最优值问题可以看成利用强化学习自主学习的问题。以强化学习的奖赏,最大化每个情节的回报。初始分配函数将会根据当前的回报决定下一步状态的动作与策略,实现权重的动态调节,以获得系统稳定时最大系统级可靠性效益和最小系统级延时效益。
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