[發明專利]一種基于改進引力搜索算法的異構無線網絡業務接入控制方法及裝置

在審

• 申請號: 202210060064.5
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114423063A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 周欣欣;高志蕊;朱光偉;郭月晨;李茂源;薛青常;郭樹強
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H04W48/04
• 分類號: H04W48/04;H04W48/08;H04W48/16;G06N3/00
• 代理公司: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 郝姍姍

1.一種基于改進引力搜索算法的異構無線網絡業務接入控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1000：根據異構無線網絡狀態，獲取異構無線網絡環境中的實時業務與非實時業務的速率及網絡數量、信道帶寬、信號功率、噪聲功率等參數；

步驟2000：以最大化信息傳輸速率maxr(x)為目標，構建異構無線網絡業務接入控制的優化目標函數，目標函數為：

其中，b_ij表示業務i在網絡j中分配到的信道帶寬，S_ij表示業務i在網絡j中的信號功率，N_ij表示業務i在網絡j中的噪聲功率，m表示網絡數量總個數；

步驟3000：利用改進的引力搜索算法求解步驟2000所述的異構無線網絡業務接入控制目標函數，具體包括以下步驟：

步驟3010：隨機生成初始種群，設置種群迭代次數，萬有引力常量G₀，初始化粒子的位置x、速度v；

步驟3020：根據步驟2000所述的異構無線網絡業務接入控制的目標函數，計算每個粒子的適應度值；

步驟3030：計算在第t次迭代中種群中粒子j對粒子i的作用力，計算公式為：

其中，為t時刻種群中粒子j對粒子i的作用力，表示t時刻粒子i在第D維空間的位置，表示粒子j在第D維空間的位置，R_ij(t)表示t時刻粒子i與粒子j之間的歐氏距離，ε為最小數值，防止分母為0，M_aj(t)代表t時刻受力個體j的主動引力質量，M_bi(t)表示t時刻施力個體i的被動引力質量，G(t)為t時刻的引力常量，其計算公式為：

G(t)＝G₀×e^-αt/T (3)

其中，G₀為常系數的初始值，常設定為100，α為下降系數，常設定為20，t為當前迭代次數，T為總迭代次數；

步驟3040：假設粒子的M_ai(t)、M_bi(t)、M_ii(t)和M_i(t)相等，計算粒子慣性質量，計算公式為：

其中，M_ai(t)為t時刻受力個體i的主動引力質量，M_bi(t)為t時刻施力個體i的被動引力質量，M_ii(t)表示t時刻粒子i的慣性質量，M_i(t)為t時刻某次迭代時粒子i的質量，m_i(t)為t時刻第i個粒子的個體質量，m_j(t)為第j個粒子的個體質量，j的取值范圍為[1,N]，N為搜索空間中存在的N個粒子，fit_i(t)表示粒子i的適應度值，worst(t)表示質量最大粒子的適應度值，best(t)表示質量最小粒子的適應度值，可分別定義為：

其中，i的取值范圍為[1,N]，N為搜索空間中存在N個粒子，fit(t)表示t時刻粒子的適應度值；

步驟3050：計算粒子的作用力F_i^d(t)，計算公式為：

其中，F_i^d(t)為t時刻粒子i在d維空間的作用力，rand_j取值范圍為[0,1]，表示t時刻在種群中粒子j對粒子i的作用力，D為維度，N為D維搜索空間中存在的N個粒子；

步驟3060：采用公式(7)(8)的異步學習因子，記憶粒子自身最優信息與種群最優信息：

c₁＝c_{1_ini}+(c_{1_fin}-c_{1_ini})*t/T (7)

c₂＝c_{2_ini}+(c_{2_fin}-c_{2_ini})*t/T (8)

其中，c_{1_ini}、c_{2_ini}代表著初始學習能力，c_{1_fin}、c_{2_fin}代表迭代結束時的學習能力，t表示當前迭代次數，T表示最大迭代次數；

步驟3070：將粒子速度正弦值映射為粒子位置向量改變的概率值，計算公式為：

其中，v為粒子的速度值，f(v)為將粒子速度正弦值映射為粒子位置向量改變的概率值；

步驟3080：利用公式(10)改變粒子的搜索路徑：

其中，Levy(ε)為萊維飛行搜索路徑，u服從正態分布曲線，β取值范圍為(0,2)，u～N(0,σ²)，v～N(0,1)，σ定義如下：

其中，β取值范圍為(0,2)，Γ表示伽馬函數，通過公式(10)(11)可以確定萊維飛行的搜索路徑Levy(ε)；

步驟3090：計算粒子加速度，粒子i在t時刻的加速度，計算公式為：

其中，為t時刻粒子i在d維空間的加速度，M_ii(t)表示t時刻粒子i的慣性質量，F_i^d(t)為t時刻粒子i在d維空間的作用力；

步驟3100：計算粒子的速度及位置信息，計算公式為：

rand_i的取值范圍是[0,1]，表示粒子i在t時刻的速度，表示粒子i在t+1時刻的速度，代表粒子i在t+1時刻的位置信息，a_i(t)表示粒子在t時刻的加速度；

步驟3120：如滿足當前適應度值足夠好或達到最大迭代次數，轉到步驟4000；否則，迭代次數加1，跳轉到步驟3020；

步驟4000：輸出最優解，即為異構無線網絡業務接入控制方案。

2.一種采用如權利要求1任一項所述的基于改進引力搜索算法的異構無線網絡業務接入控制方法的裝置，所述裝置包括：

數據采集模塊：用于采集步驟1000所述的參數；

目標函數確定模塊：針對步驟2000所述的以用戶信息傳輸速率為優化目標，確定目標函數；

模型求解模塊：針對步驟2000所述的異構無線網絡業務接入控制模型，利用步驟3000所述的求解算法對目標函數進行求解；

方案輸出模塊：輸出步驟4000所述的異構無線網絡業務接入優選方案。