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基于WNV技术的市域铁路无线通信综合承载研究
| 论文题名： | 基于WNV技术的市域铁路无线通信综合承载研究 |
| 关键词： | 市域铁路;LTE-M;WNV技术;二部图匹配;人工鱼群算法;轨道交通 |
| 摘要： | 轨道交通是实现都市圈可持续发展的重要支柱，在都市圈的发展中，人口逐渐向郊区扩散，市郊间通勤频率大大提升，使得市域铁路的建设需求日益增强。发展市域铁路，必须要有配套的列车运行控制系统的支撑，而其中车载设备和地面设备间的无线通信系统是列控系统的重要组成部分，对于保障列车高效、安全运行有关键的作用。目前城市轨道交通综合无线通信系统(LongTermEvolution-Metro，LTE-M)是我国新一代轨道交通车地无线通信系统的解决方案。但一网多业务综合承载易造成各业务系统对无线资源的争抢，使得各业务的服务质量(QualityofService，QoS)无法得到保障，无线网络虚拟化技术(WirelessNetworkVirtualization，WNV)是解决多业务综合承载且分隔各业务的有效措施。因此，研究WNV技术在市域铁路无线通信综合承载中的应用具有重要的意义。 本文首先分析了市域铁路车地无线通信各业务的QoS需求和LTE-M系统的QoS保障机制，得出LTE-M系统QoS保障机制存在的问题。阐述了实现WNV技术的要求，概括了WNV网络的基本架构模型，并依据WNV的网络架构模型提出了市域铁路无线通信综合承载系统方案。 其次，针对基于WNV技术的无线通信综合承载系统，提出了基于负载均衡的用户关联策略。为避免轨道交通传统用户关联策略依据最大信号强度关联基站导致系统负载不均衡的问题，采用对数函数作为效用函数，将用户与基站的关联建模为比例系数可调的效用函数优化问题；然后引入二部图匹配理论将效用函数优化问题转为基于二部图的最大匹配问题，为解决二部图匹配一对多的问题，采用了拓展虚拟基站的做法，并合理设置了权值系数，最后利用库恩马克(KuhnMunkres，KM)算法求解获得最优的用户关联策略。仿真结果显示，当比例系数0≤β＜0.5时，关联策略可以实现系统负载均衡，且与传统用户关联策略相比，本文提出的用户关联策略在均衡性上具有显著的优越性。 最后，在用户关联的基础上进一步对综合承载系统进行资源分配，提出基于QoS保障的多业务资源分配算法。针对市域铁路通信需求，将用户业务分为实时性(RealTime，RT)业务和非实时性(NonRealTime，NRT)业务，并以系统满意度为优化目标建立了子信道分配问题，同时为保障不同业务的QoS需求，提出了RT业务和NRT业务子信道分配准则；然后引入人工鱼群算法对优化问题进行求解，针对传统人工鱼群算法种群随机初始化易陷入局部最优的问题，采用混沌算法对人工鱼群进行初始化，并分别对人工鱼群的觅食，追尾及步长变换等进行了改进。仿真结果证实，改进人工鱼群算法可以快速计算出资源分配的最优解，有效保障各业务的QoS，并提高系统吞吐量。 |
| 作者： | 何娟娟 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 刘晓娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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