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1、(10)申请公布号 CN 102843691 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 3 6 9 1 A *CN102843691A* (21)申请号 201210334090.9 (22)申请日 2012.09.11 H04W 16/02(2009.01) H04W 16/14(2009.01) (71)申请人西安电子科技大学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人吴建设 侯霄茹 焦李成 尚荣华 戚玉涛 吴家骥 韩红 白静 王达 (74)专利代理机构陕西电子工业专利中心 61205 代理人王品华 朱红星 (54) 发明名称 基于禁忌搜索。
2、的飞蜂窝网络频谱分配方法 (57) 摘要 本发明提出了一种基于禁忌搜索算法的飞蜂 窝网络频谱分配方法，主要解决现有飞蜂窝网络 频谱分配方法分配效果差的问题。其实现过程是： （1）绘制飞蜂窝网络干扰图并将其中节点随机分 入节点集合，得到初始解及其适应值；（2）判断初 始解适应值是否为0，若为0则完成分配，否则生 成当前解和当前最优解；（3）生成当前解的邻域； （4）执行邻域中非禁忌或满足藐视规则的最优动 作，生成新解代替当前解；（5）用当前解代替当前 最优解，如果当前最优解适应值为0，获得频谱分 配方案，否则返回步骤（3）。本发明能在飞蜂窝网 络密集分布时，获得较好的频谱分配方案，可用于 宏蜂窝。
3、与飞蜂窝混合组网。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种基于禁忌搜索的飞蜂窝网络频谱分配方法，包括如下步骤： (1)将宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的飞蜂窝用节点表示，用边连接相 互干扰的飞蜂窝所对应的节点，得到干扰图H=N,V,E，其中N是节点个数，V是节点的集 合，V=1,2,.,N，E是边的集合； (2)将干扰图H中所有节点随机分入K个节点集合，得到飞蜂窝网络频谱分配问题的初 始解S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K ，。
4、其中V 1 ,V 2 ,.,V K 分别表示节点集合1,2,.,K； (3)求解初始解的适应值f(S 0 )= uv ,其中u,v表示两个相互 干扰的节点，V l 表示节点集合l，1lK，当两个相互干扰的节点u,v都属于节点集合V l 时， uv =1，否则 uv =0，f(S 0 )表示初始解S 0 中存在的干扰总和； (4)判断初始解的适应值f(S 0 )是否为0，若f(S 0 )=0，则S 0 =V 1 ,V 2 ，.,V K 为飞蜂窝网 络频谱分配结果，K为所需要的频谱数；否则，生成当前解S=S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K 和当前最优 解S best =S 0 =V 1 ,V。
5、 2 ,.,V K ，则当前解适应值f(S)=f(S 0 )，当前最优解适应值f(S best )=f(S 0 )； (5)将当前解S=V 1 ,V 2 ,.,V K 中节点集合V i 中的节点c，从节点集合V i 移动到节 点集合V j ，记为动作(c,V i ,V j )，其中c为与节点集合V i 中某个节点存在干扰的一个节点， 1iK，1jK，ij，用当前解S的所有动作，构成当前解S的邻域neigh； (6)在当前解S的邻域neigh中选择使当前解适应值f(S)下降最多的动作(c,V i ,V j ) min ； (7)判断(6)中选择的动作(c,V i ,V j ) min 是否在禁忌。
6、表中，如果不在禁忌表中，对当前 解S执行该动作(c,V i ,V j ) min ，生成新解S；否则，判断该动作(c,V i ,V j ) min 是否满足藐视规 则，若满足，对当前解S执行该动作(c,V i ,V j ) min ，若不满足，则在邻域neigh中删除该动作， 跳(6)； (8)将步骤(7)中执行的动作(c,V i ,V j ) min 加入禁忌表，并为其设置禁忌长度，比较新解 S适应值f(S)与当前解适应值f(S)的大小，若f(S)f(S)，则用新解S代替当前 解S，即S=S，用新解S适应值代替当前解S适应值，即f(S)=f(S)，否则，在邻域neigh 中删除该动作，跳(6。
7、)； (9)比较当前解适应值f(S)与当前最优解适应值f(S best )之间的大小，若 f(S)f(S best )，则用当前解S代替当前最优解S best ，即S best =S，用当前解适应值f(S)代替当 前最优解适应值f(S best )，即f(S best )=f(S)，否则，执行步骤(10)； (10)判断当前最优解适应值f(S best )是否为0，若f(S best )=0，输出飞蜂窝网络频谱分配 方案S best 和所需频谱数K，否则，跳回步骤(2)。 2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(4)中的禁忌表，是由所有禁止执行的动 作构成的表。 3.根据权利要求1所述的方。
8、法，其中所述步骤(7)的藐视规则，是指对当前解执行动 作(c,V i ,V j ) min 后生成新解，如果新解适应值f(S)小于当前解适应值f(S)，不管动作 (c,V i ,V j ) min 是否在禁忌表中，都执行动作(c,V i ,V j ) min 。 4.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(8)的禁忌长度，是指动作(c,V i ,V j ) min 被禁止执行的次数。 权 利 要 求 书CN 102843691 A 1/5页 3 基于禁忌搜索的飞蜂窝网络频谱分配方法 技术领域 0001 本发明属于无线通信技术领域，特别是飞蜂窝网络的频谱分配，可用于宏蜂窝与 飞蜂窝混合组网。 背。
9、景技术 0002 随着通信技术的飞速发展，人们对传输业务速率和质量的要求也越来越高。为了 在区域内通信，使用蜂窝网覆盖整个区域。蜂窝网建网初期出现的宏蜂窝覆盖半径较大，难 以满足用户对信号质量和速率的要求，但由于50%的语音通信和70%的数据通信都发生在 室内，于是出现了飞蜂窝，它可以有效解决室内语音和数据业务。在宏蜂窝与飞蜂窝混合组 网中，当飞蜂窝密集覆盖时，信号干扰问题尤为严重，频谱资源又相对匮乏，如何有效避免 飞蜂窝网络中的干扰，并提高频谱的利用率就成为了专家和学者研究的热点。 0003 宏蜂窝与飞蜂窝混合组网FMOS的频谱带主要分为三种：宏蜂窝专用频谱带，飞蜂 窝专用频谱带，FMOS可。
10、再利用频谱带。宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中的宏蜂窝使用宏蜂窝专 用频谱带；飞蜂窝分为位于干扰敏感区域ISA的飞蜂窝和位于非干扰敏感区域NISA的飞蜂 窝，位于干扰敏感区域ISA的飞蜂窝使用飞蜂窝专用频谱带，位于非干扰敏感区域NISA的 飞蜂窝使用FMOS可再利用频谱带。飞蜂窝网络频谱分配问题，就是对FMOS可再利用频谱 带进行分配，从而减少飞蜂窝网络占用的频谱资源，提高FMOS可再利用频谱带的利用率， 避免飞蜂窝网络间的同层干扰。 0004 现有的飞蜂窝网络频谱分配方法主要是基于图论的方法，将飞蜂窝网络转换成图 着色模型，然后利用解决图着色问题的Dsatur算法，获得飞蜂窝网络的频谱分配结果，这 。
11、种方法虽然用时较少，但当飞蜂窝网络密度大时，频谱分配效果较差，导致频谱资源利用率 不高。 发明内容 0005 本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于禁忌搜索的飞蜂窝网 络频谱方法，以减少飞蜂窝网络密度大时，所需要的频谱资源，从而提高频谱资源的利用 率，避免飞蜂窝网络间的同层干扰。 0006 为了实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤： 0007 (1)将宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的飞蜂窝用节点表示，用边连 接相互干扰的飞蜂窝所对应的节点，得到干扰图H=N,V,E，其中N是节点个数，V是节点的 集合，V=1,2,.,N，E是边的集合； 0008 (2)将干扰图H中所。
12、有节点随机分入K个节点集合，得到飞蜂窝网络频谱分配问题 的初始解S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K ，其中V 1 ,V 2 ,.,V K 分别表示节点集合1,2,.,K； 0009 (3)求解初始解的适应值f(S 0 )= uv ，其中u,v表示两个相 互干扰的节点，V l 表示节点集合l，1lK，当两个相互干扰的节点u,v都属于节点集合 说 明 书CN 102843691 A 2/5页 4 V l 时， uv =1，否则 uv =0，f(S 0 )表示初始解S 0 中存在的干扰总和； 0010 (4)判断初始解的适应值f(S 0 )是否为0，若f(S 0 )=0，则S 0 =V 1 ,。
13、V 2 ,.,V K 为 飞蜂窝网络频谱分配结果，K为所需要的频谱数；否则，生成当前解S=S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K 和当前最优解S best =S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K ，则当前解适应值f(S)=f(S 0 )，当前最优解适应值 f(S best )=f(S 0 )； 0011 (5)将当前解S=V 1 ,V 2 ,.,V K 中节点集合V i 中的节点c，从节点集合V i 移动到 节点集合V j ，记为动作(c,V i ,V j )，其中c为与节点集合V i 中某个节点存在干扰的一个节点， 1iK，1jK，ij用当前解S的所有动作，构成当前解S的邻域neigh。
14、； 0012 (6)在当前解S的邻域neigh中选择使当前解适应值f(S)下降最多的动作 (c,V i ,V j ) min ； 0013 (7)判断(6)中选择的动作(c,V i ,V j ) min 是否在禁忌表中，如果不在禁忌表中，对当 前解S执行该动作(c,V i ，V j ) min ，生成新解S；否则，判断该动作(c,V i ,V j ) min 是否满足藐视 规则，若满足，对当前解S执行该动作(c,V i ,V j ) min ，若不满足，则在邻域neigh中删除该动 作，跳(6)； 0014 (8)将步骤(7)中执行的动作(c,V i ,V j ) min 加入禁忌表，并为其设。
15、置禁忌长度，比较 新解S适应值f(S)与当前解适应值f(S)的大小，若f(S)f(S)，则用新解S代替 当前解S，即S=S，用新解S适应值代替当前解S适应值，即f(S)=f(S)，否则，在邻域 neigh中删除该动作，跳(6)； 0015 (9)比较当前解适应值f(S)与当前最优解适应值f(S best )之间的大小，若 f(S)f(S best )，则用当前解S代替当前最优解S best ，即S best =S，用当前解适应值f(S)代替当 前最优解适应值f(S best )，即f(S best )=f(S)，否则，执行步骤(10)； 0016 (10)判断当前最优解适应值f(S best 。
16、)是否为0，若f(S best )=0，输出飞蜂窝网络频谱 分配方案S best 和所需频谱数K，否则，跳回步骤(2)。 0017 本发明与现有的技术相比具有以下优点： 0018 1、由于本发明对执行过的动作采用禁忌策略，可以有效避免迂回搜索，跳出现有 图着色算法容易陷入局部最优的限制，因此能够在邻域中搜索到全局最优解，获得较好的 频谱分配方案； 0019 2、由于本发明是在当前解的邻域中搜索最优解，可以有效降低求解复杂问题的时 间复杂度，因此有利于解决飞蜂窝网络密度大时的频谱分配问题，从而有效提高频谱利用 率，节省频谱资源。 附图说明 0020 图1是本发明的流程框图； 0021 图2是本发。
17、明实施例中飞蜂窝网络的干扰图； 0022 图3是本发明仿真试验中飞蜂窝网络1的干扰图； 0023 图4是本发明仿真试验中飞蜂窝网络2的干扰图； 0024 图5是本发明仿真试验中飞蜂窝网络3的干扰图。 具体实施方式 说 明 书CN 102843691 A 3/5页 5 0025 参照附图1，本发明具体实现步骤描述如下： 0026 步骤1将宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的飞蜂窝用节点表示，用边 连接相互干扰的飞蜂窝所对应的节点，得到干扰图H。 0027 本发明的实施例选择宏蜂窝与飞蜂窝混合组网中非干扰敏感区域的具体飞蜂窝 网络进行频谱分配，飞蜂窝用节点表示，记为1,2,.,11，用边连接相。
18、互干扰的飞蜂窝所对 应的节点1与2，1与4,1与7,1与9,2与3,2与6,2与8,3与5,3与7,3与10,4与5,4 与6,4与10,5与8,5与9,6与11,7与11,8与11,9与11,10与11，绘制干扰图，如图2所 示。 0028 步骤2将干扰图H中所有节点随机分入K个节点集合，得到飞蜂窝网络频谱分配 问题的初始解S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K ，其中V 1 ,V 2 ，.,V K 分别表示节点集合1,2,.,K。 0029 在本实施例中，将图2中的节点1,2,.,11随机分入4个节点集合，得到初始解 S 0 =V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 ，其中V 1 =1,7。
19、,9，V 2 =2,6,11，V 3 =3，V 4 =4,5,8,10。 0030 步骤3求解初始解S 0 的适应值f(S 0 )= uv ，其中u,v表示 两个相互干扰的节点，V l 表示初始解S 0 =V 1 ,V 2 ，.,V K 中的节点集合l，1lK，当两个 相互干扰的节点u,v都属于节点集合V l 时， uv =1，否则 uv =0，f(S 0 )表示初始解S 0 中存 在的干扰总和。 0031 在本实施例中，根据上述公式计算得，初始解S 0 的适应值f(S 0 )=7。 0032 步骤4判断初始解的适应值f(S 0 )是否为0，若f(S 0 )=0，则S 0 =V 1 ,V 2 。
20、，.,V K 为飞蜂窝网络频谱分配结果，K为所需要的频谱数；否则，生成当前解S=S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K 和当前最优解S best =S 0 =V 1 ,V 2 ,.,V K ，则当前解适应值f(S)=f(S 0 )，当前最优解适应值 f(S best )=f(S 0 )。 0033 在本实施例中，初始解S 0 的适应值f(S 0 )不为0，生成当前解S=S 0 =V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 和当前最优解S best =S 0 =V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 ，则当前解适应值f(S)=f(S 0 )=7，当前最优解适应值 f(S best )=f(S 0 )=。
21、7。 0034 步骤5.将当前解S=V 1 ,V 2 ,.,V K 中节点集合V i 中的节点c，从节点集合V i 移动 到节点集合V j ，记为动作(c,V i ,V j )，其中c为与节点集合V i 中某个节点存在干扰的一个节 点，1iK，1jK，ij，用当前解S的所有动作，构成当前解S的邻域neigh。 0035 在本实施例中，根据上述步骤得知，当前解S的邻域neigh为(1,1,2)， (1,1,3)，(1,1,4)，(2,2,1)，(2,2,3)，(2,2,4)，(3,4,1)，(3,4,2)，(3,4,3)，(4,4,1)， (4,4,2)，(4,4,3)，(5,2,1)，(5,2。
22、,3)，(5,2,4)，(6,1,2)，(6,1,3)，(6,1,4)，(7,4,1)， (7,4,2)，(7,4,3)，(8,1,2)，(8,1,3)，(8,1,4)，(9,4,1)，(9,4,2)，(9,4,3)， (10,2,1),(10,2,3),(10,2,4)。 0036 步骤6在当前解S的邻域neigh中选择使当前解适应值f(S)改变最多的动作 (c,V i ,V j ) min 。 0037 在本实施例中，在当前解S的邻域neigh中选择动作(1,1,3)。 0038 步骤7判断步骤6中选择的动作(c,V i ,V j ) min 是否在禁忌表中，如果不在禁忌表 中，对当前解S。
23、执行该动作(c,V i ,V j ) min ，生成新解S；否则，判断该动作(c,V i ,V j ) min 是否 满足藐视规则，若满足，对当前解S执行该动作(c,V i ,V j ) min ，若不满足，则在邻域neigh中删 说 明 书CN 102843691 A 4/5页 6 除该动作，返回步骤6；禁忌表，是由所有禁止执行的动作构成的表，初始时为空。 0039 藐视规则，是指对当前解执行S动作(c,V i ,V j ) min 后生成新解S，如果新解适应 值f(S)小于当前解适应值f(S)，不管动作(c,V i ,V j ) min 是否在禁忌表中，都执行动作 (c,V i ,V j 。
24、) min 。 0040 在本实施例中，由于步骤6中选择的动作(1,1,3)不在禁忌表中，对当前解S执行 该动作(1,1,3)，生成新解S，S=V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 ，其中V 1 =7,9，V 2 =2,6,11，V 3 =1,3， V 4 =4,5,8,10。 0041 步骤8将步骤7中执行的动作(c,V i ,V j ) min 加入禁忌表，并为其设置禁忌长度tl， 比较新解S适应值f(S)与当前解适应值f(S)的大小，若f(S)f(S)，则用新解S 代替当前解S，即S=S，用新解S适应值代替当前解S适应值，即f(S)=f(S)，否则，在 邻域neigh中删除该动作，返回步。
25、骤6。禁忌长度，是指动作(c,V i ,V j ) min 被禁止执行的次 数。 0042 在本实施例中，将步骤7中执行的动作(1,1,3)加入禁忌表，并为其设置禁忌长 度tl=5，新解S适应值f(S)=5小于当前解适应值f(S)=7，用新解S代替当前解S，即 S=S=V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 ，其中V 1 =7,9，V 2 =2,6,11，V 3 =1,3，V 4 =4,5,8,10，用新解S适 应值代替当前解S适应值，f(S)=f(S)=5。 0043 步骤9.比较当前解适应值f(S)与当前最优解适应值f(S best )之间的大小，若 f(S)f(S best )，则用当前解。
26、S代替当前最优解S best ，即S best =S，用当前解适应值f(S)代替当 前最优解适应值f(S best )，即f(S best )=f(S)，否则，执行步骤10。 0044 在本实施例中，当前解适应值f(S)=5小于当前最优解适应值f(S best )=7，用当前 解S代替当前最优解S best ，即S best =S=V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 ，其中V 1 =7,9，V 2 =2,6,11，V 3 =1,3， V 4 =4,5,8,10。 0045 步骤10.判断当前最优解适应值f(S best )是否为0，若f(S best )=0，输出飞蜂窝网络 频谱分配方案S 。
27、best 和所需频谱数K，否则，返回步骤2。 0046 在本实施例中，当前最优解适应值f(S best )=5，返回步骤2重复循环3次后得 到f(S best )=0，输出飞蜂窝网络频谱分配方案S best =V 1 ,V 2 ,V 3 ,V 4 ，其中V 1 =4,7,9， V 2 =2,5,11，V 3 =1,3,6，V 4 =8,10，所需频谱数K=4。 0047 本发明的效果可以通过以下实验进一步说明： 0048 1仿真条件： 0049 在CPU为core 22.4GHZ、内存2G、WINDOWS XP的系统上使用VC+6.0进行仿真。 0050 2仿真内容： 0051 选取三组不同的。
28、具体飞蜂窝网络作为实验对象，图3、图4、图5所示分别为飞蜂窝 网络1、2、3的干扰图，用本发明中所提出的方法求出这三种飞蜂窝网络所需要的频谱数及 分配结果，并记录程序运行时间，如下表所示： 0052 表1三组网络所需频谱数及分配结果以及运行时间 0053 说 明 书CN 102843691 A 5/5页 7 0054 从表1可以看出，本发明基于禁忌搜索算法的飞蜂窝网络频谱分配方法，有效解 决了飞蜂窝网络频谱分配问题，减少了飞蜂窝网络所需的频谱数，提高了频谱利用率，有效 抑制了飞蜂窝间的同层干扰。 0055 上述实施方式仅是本发明的一个实例，不构成对本发明的任何限制，例如用本发 明方法还可以对包含不同数量飞蜂窝的网络进行频谱分配。 说 明 书CN 102843691 A 1/3页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102843691 A 2/3页 9 图2 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102843691 A 3/3页 10 图5 说 明 书 附 图CN 102843691 A 10 。