基于遗传优化的多属性判决5G-Wifi网络切换算法matlab仿真
1.算法运行效果图预览
2.算法运行软件版本
MATLAB2022a
3.算法理论概述
整个网络由一个5G基站,一个WIFI基站,以及一个移动终端设备构成。移动终端设备首先位于有5G网络环境,随后运动进入5G/WIFI的异构融合网络,进行网络的切换判决,最后移出该融合网络,再次进入5G网络覆盖范围。
本文提出了一种基于遗传优化的多属性判决5G-Wifi网络切换算法,该算法通过结合遗传算法和多属性决策理论,实现了对网络切换过程的优化和加速。具体来说,我们首先使用遗传算法对网络切换过程中的参数进行优化,然后使用多属性决策方法对网络的多个属性进行综合评估,以得到最优的网络切换决策。
我们首先定义网络切换的问题模型。设网络的属性集合为A={a1, a2, ..., an},其中每个属性ai表示网络的某个特性,如带宽、延迟、信号强度等。设网络集合为N={n1, n2, ..., nm},其中每个网络nj表示一个可用的网络。我们的目标是在给定的时刻t,找到一个最优的网络n*∈N,使得网络切换后的综合性能最佳。为了量化网络的综合性能,我们引入一个多属性判决函数F,该函数将网络的多个属性映射到一个实数空间:
F: A→R (1)
其中R表示实数集。这个函数可以根据不同的应用场景和需求,采用不同的形式和权重。例如,可以采用加权平均法、TOPSIS法等方法来构建。
算法的基本步骤如下:
第一:进行RSS的计算;
第二:根据反馈门限和RSS进行网络的识别,区分存在一个网络和两个网络;
第三:在存在两个网络的情况下进行AHP分层,获得多属性参数;
第四:初始化计算多属性参数的加权值;
第五:使用改进后的遗传算法,对加权值进行优化;
第六:设计一种结合用户QOS的网络收益函数,用来判断是否切换;
第七:门限的调整,驻留时间的调整
其中,遗传算法的适应度函数如下:
我们对五个属性参数进行简单的介绍:
网络覆盖范围R:网络覆盖范围定义为设备和网络基站之间的间隔。
信号强度P:即RSS值。
网络的使用费用C:使用费用值为不同的单位流量的费用。
服务速率S:即不同的网络的速率。
传输延迟D:即不同的网络的延迟
4.部分核心程序
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 | %接收功率、网络覆盖范围、速率、费用价格 %P5g,D5g,S5g,L5g,C5g C=[1, 3, 5, 7, 9; 1/3, 1, 3, 5, 7; 1/5, 1/3,1, 3, 5; 1/7, 1/5, 1/3, 1, 3; 1/9, 1/7, 1/5, 1/3, 1]; %获得收益函数 %获得收益函数 f5g = (Rs(1,1)^w1)*(Rs(1,2)^w2)*(Rs(1,3)^w3)*(Rs(1,4)^w4)*(Rs(1,5)^w5) + TQOS_5g; fwf = (Rs(2,1)^w1)*(Rs(2,2)^w2)*(Rs(2,3)^w3)*(Rs(2,4)^w4)*(Rs(2,5)^w5) + TQOS_wf; %进行判决 %进行判决 if f5g > fwf f1( i ) = 1; T1_5g = T1_5g + 1; else f1( i ) = 0; T1_wf = T1_wf + 1; end if abs (f5g-fwf) < 1 STOP_TIME=STOP_TIME-1; else STOP_TIME=STOP_TIME+1; end STOP_TIME= min (STOP_TIME,36); STOP_TIME= max (STOP_TIME,4); %驻留时间 %驻留时间 if i > STOP_TIME C1( i ) = mean (f1( i -STOP_TIME+1: i )); C2 = mean (C1( i -STOP_TIME+1: i )); f0( i ) =( sign (C2-0.49)+1)/2; else C1( i ) = mean (f1(1: i )); C2 = mean (C1(1: i )); f0( i ) =( sign (C2-0.49)+1)/2; end %计算收益值变化值,如果变换较大,则反馈更新权值,否则权值不变 %计算收益值变化值,如果变换较大,则反馈更新权值,否则权值不变 ERR = abs (fwf-f5g); if ERR < 1 is_opt = 0; else is_opt = 1; end else %存在远大于的情况,则认为是只检测一个网络 if RSS_5G >= Beta*RSS_WIFI %5G远大于WIFI f1( i ) = 1; RSS = RSS_5G; T1_5g = T1_5g + 1; end if RSS_WIFI >= Beta*RSS_5G %WIFI远大于5G f1( i ) = 0; RSS = RSS_WIFI; T1_wf = T1_wf + 1; end %驻留时间 %驻留时间 if i > STOP_TIME C1( i ) = mean (f1( i -STOP_TIME+1: i )); C2 = mean (C1( i -STOP_TIME+1: i )); f0( i ) =( sign (C2-0.49)+1)/2; else C1( i ) = mean (f1(1: i )); C2 = mean (C1(1: i )); f0( i ) =( sign (C2-0.49)+1)/2; end end end %门限更新 Tt( i ) = 0.5*RSS; if i == 1 T = Tt( i ) else T = alpha *Tt( i ) + (1- alpha )*Tt( i -1); %门限做二次平滑 end %统计切换次数 if i > 3 if abs (f0( i )-f0( i -1))>0.1 count = count + 1; end CNT( i )=count; end end %Over i = 1:N figure ; plot (f0, 'b' , 'Linewidth' ,2); hold on; plot (1:N,0.5* ones (1,N), 'r' , 'Linewidth' ,2); grid on; xlabel ( 'Times' ); ylabel ( '判决门限' ); axis ([0,N,-0.2,1.2]); text (N/4,1.1, '接入5G' ) text (3*N/4,0.1, '接入WIFI' ) title ( '本课题算法' ); figure ; plot (1:N,CNT, 'r' , 'Linewidth' ,2); grid on; xlabel ( 'Times' ); ylabel ( '切换次数' ); title ( '本课题算法' ); save R1.mat f0 N CNT |
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