基于有效区域的多目标优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112822058A(43)申请公布日2021.05.18(21)申请号202110177324.2(22)申请日2021.02.09(71)申请人南通大学地址226019江苏省南京市啬园路9号南通大学信息科学技术学院(72)发明人张士兵嵇雪吴建绒郭莉莉包志华(74)专利代理机构南通博瑞达专利代理事务所(特殊普通合伙)32530代理人刘翔(51)Int.Cl.H04L12/24(2006.01)H04W24/02(2009.01)H04W52/18(2009.01)G06N3/00(2006.01)权利要求书7页说明书16页附图2页(54)发明名称基于有效区域的多目标优化设计方法(57)摘要本发明涉及一种基于有效区域的多目标优化设计方法，采用细菌觅食算法将通信系统优化设计目标函数作为细菌趋向运动的适应值对通信系统的多个设计目标进行联合优化。细菌在设置的有效区域内使用自适应步长和方向向全局最优位置泳动，同时采用动态保留比例不断更新菌群，最后通过找出菌群的最佳调和解求得系统的最佳设计方案。为了确保系统多目标最佳优化设计方案在系统的有效区域内，本发明在细菌趋向运动的过程中引入有效区域。本发明通过自适应步长和方向使得细菌快速达到全局最优，有效解决了通信系统设计面临的复杂多目标优化设计难题。CN112822058ACN112822058A权利要求书1/7页1.基于有效区域的多目标优化设计方法，所述通信系统中至少包括1个认知应急用户和1个主用户，认知应急用户有数据业务要传输，其特征在于所述多目标优化设计方法包括如下步骤：步骤1、确定系统优化目标根据下式设计认知应急用户发射功率Ps：式中，f1为认知应急用户传输速率的优化设计目标函数，f2为认知应急通信用户生命周期的优化设计目标函数，B为系统信道带宽，为系统信道高斯噪声功率，p0为信道空闲概率，p1为信道忙碌概率，Ps为认知应急用户发射功率，hss为认知应急用户端到端功率增益，hsp为系统认知应急用户对主用户的干扰功率增益，Qv为认知应急用户的最大发射功率，Pp为主用户发射功率，hps为主用户对认知应急用户的干扰功率增益，Ith为主用户接收机的干扰门限；步骤2、设置系统优化设计有效区域设置系统优化设计最优解的搜索区域为f1min≤f1≤f1max，f2min≤f2≤f2max，其分布的帕累托最优集为set1，系统优化设计最优解的有效区域为f1min≤f1≤a，f2min≤f2≤b2，其分布的帕累托最优集为set2，系统优化设计最优解的筛选区域为f1min≤f1≤a，f2min≤f2≤b1，b1≤b2，其分布的帕累托最优集为set3，其中f1min、f1max、f2min、f2max为系统优化设计最优解搜索区域的边界，f1min、f2min、a、b2为系统优化设计最优解的有效区域的边界，f1min、f2min、a、b1为系统优化设计最优解的筛选区域的边界；步骤3、目标优化算法选取将系统认知应急用户的发射功率Ps作为细菌运动的位置值，系统优化设计目标函数f1和f2分别作为菌群运动的适应值F1和适应值F2，选取细菌觅食算法对系统认知应急用户的发射功率Ps进行优化，所得的细菌运动位置的最佳调和解就是应急通信系统中认知应急用户的最佳发射功率；其中，适应值F1和适应值F2分别是菌群对应于系统优化设计目标函数f1和f2的适应值集合；步骤4、初始化假设有I个细菌参与觅食优化算法，构成细菌集合set，对集合set中的每个细菌进行编i号，在可行区域[0,Qv]范围内随机生成每个细菌的初始位置Ps，在‑1和1之间随机生成每个细菌的初始运动方向Δ(i)，i＝1,2,3,…,I；设细菌泳动的最大步数为Ns，细菌的最大趋向次数为Nc，细菌的最大复制次数为Nre，细菌的最大迁移次数为Ned，迁移概率为Ped；步骤5、计算细菌适应值2CN112822058A权利要求书2/7页根据细菌位置计算所有细菌的适应值，细菌i的适应值和的计算公式如下：步骤6、确定全局最优细菌位置gbest(i)构建搜索区帕累托最优集set1，在细菌集合set中两两比较细菌的适应值，如果细菌i的两个适应值和都不大于且不同时等于细菌m的两个适应值和i＝1,2,...,I，m＝1,2,...,I且m≠i，那么细菌m被细菌i支配，将细菌m丢弃，在剩余的细菌中重复这样的细菌适应值比较，直到被其它细菌支配的细菌都被丢弃，最后由这些剩余的非支配细菌构成搜索区域中分布的帕累托最优集set1；(ii)对集合set1中的所有细菌进行编号，编号为n，n＝1,2,...,N，N为集合set1中细菌的个数；(iii)根据细菌适应值F1的大小，对集合set1中细菌按升序进行排序，构成新的集合set11