有关无线通信网络多节点资源的均衡配置方法研究

赵亮

关键词：无线通信网络；多节点资源；均衡配置

一、引言

随着社会的不断发展和进步，人们对信息服务的需求变得更加迫切。5G 技术作为一种先进的数据信息传输方式，不仅能够实现更快速、更安全、更完整的通信服务，还能推动人们加快更新信息传播理念。它的出现开启了无线通信的新时代。为了实现海量信息的顺畅、及时传输，无线网络通信需要借助完整的网络体系、合理的节点布设以及先进的通信设施设备，以确保各类资源得到充分利用。无线通信网络的基本特征是分布式结构的布置，但是这种结构的内部连接较为复杂。虽然网络资源总量巨大，但各节点资源的数量和种类却有所不同。在通信过程中，这些资源配置难以做到精准、充分和合理，成为影响用户满意度的重要因素[1]。因此，有必要对无线通信网络各个节点资源的配置进行优化，以使整个无线通信网络的结构更加合理。在科研学术领域，学者们长期深入研究和实践，提出了一些解决方案。例如，有学者提出在新一代无线通信网络中采用中继节点（Relay Mode，RN） 方案，以减少基站的密集部署和降低成本，实现多种资源的一体化接入回传。还有学者提出通过提高节点的频谱效率来提升整个网络的容量。但是，现有的资源配置方法仍然难以保证终端功能与分布式网元功能的参考信号时域对齐，以及参考信号的正交化需求，同时也存在过度耗用资源的问题。[2]。本文提出一种新的资源配置方法，以便更均衡合理地配置、利用无线通信网络多节点资源。

二、多节点增删线性规划

节点集V 存在于任何一个无线通信网络架构中。在节点集中还包括需求点集（VB）和供应点集（VA），其关系可表示为V={VA，VB}。由于在无线通信网络中每个节点都按照固定的逻辑进行关联，因此基于高昂的造价成本，一般不会轻易更改其传输通道[3]。在工程实践中，主要使用线材或无线电磁波频率进行多节点连接并实现控制。要做到对无线通信网络多节点的科学规划布设，必须满足如下条件：

根据式（1）所列条件，采用四步计算来明确节点的数量和增删位置，实施流程如下：

第一步：建立矩阵模型，需要建立网络拓扑结构并设置指标权重。其中，K 表示上述约束关系中的常量。

第二步：明确节点数量，对状态矢量进行初始化设置，再根据矢量来确定无线通信网络中的节点数量。

第三步：计算节点集，利用Dijkstra 算法计算整个集合中所有需求点的路径，找到最优方案，然后结合计算结果搭建需求节点的路径矩阵，如（2）所示：

上式中各参数意义为：

Pj——多节点增删线性规划最优矩阵

νjn——起点最优路径长度

νen——终点的最优路径长度

在已经搭建的最优路径矩阵模型上，选择网络体系中的一个节点作为中心点，并根据最优路径长度分析其需求点的可达性。然后将这些点去除，将非最优需求节点归入剩余集合中。接着，以现有的供应节点为起始点，判断其可达性，并根据实际需求进行增删处理，最终实现规划处理[4]。

三、多节点需求资源的合理配置

完成上一步的处理工作后，意味着整个无线通信网络的节点布置已经初步形成。接下来需要对需求资源进行均衡配置。为保证配置效率和质量，需要合理分配多节点对应的资源量，并测算不同节点之间的最低传输距离耗时和路径耗时[5]。无线通信网络一般依靠助网络传输路径对多个节点进行串联，随后利用MATLAB 软件对网络节点进行增删优化。节点资源分配要遵循就近原则和均衡原则。无线通信网络中包括很多的子网络，它们按照分布式结构进行排列，每个子网络解耦中还设有一个基站，主要用于及时收发和处理相关信号资源[6]。

根据分布式网络拓扑结构的特性，可知网络的资源配置能力与节点数量成正比。然而，节点的增多会加剧网络系统的复杂性，并且节点的配置性能也存在一定差异。在通信网络运行过程中，往往存在多个相同供应节点同时为一个需求点提供服务的现象，这会造成节点利用不充分，资源分配不合理的问题。为了实现各节点对需求资源的均衡获得，需要根据节点的实际需求量对节点的组合形式进行调整。例如，可以挑选具有较强配置能力的节点为多个需求节点提供服务，将配置能力较弱的节点整合在一起，共同服务一个需求节点，从而提升节点的利用率和资源配置能力[7]。

四、多节点布局优化配置

可以结合节点对资源的实际需求，在不改变现有供应节点的条件下，重新调整节点连接方式和布局，以此提升布局的科学性，进而实现对整个无线通信网络性能的全面提升。其次，为了实现消耗的最低化，性能和价值的最大化，在节点需求优先满足的前提下，应做到成本最优。对于不合理的节点布设方案，可以进行处理，但不应改变资源总量[8]。实现这个目标的关键是有效把控节点。应基于当前供应节点，对其布设线路、实施处理方式及处理流程进行成本预估，对占用成本较高的方案进行舍弃或优化。按照供应节点的实际配置需要来分配资源和线路布设，提高工作效率的同时完成节点的合理配置。

五、实际应用验证

本文前三章提出了基于无线通信网络多节点资源的均衡配置理论。为验证该理论的可行性和实际效果，我们构建了一个基于无线通信蜂窝网络结构，采用D2D通信方式的多节点传输实验环境。采用本文所述的配置方法，我们在蜂窝网络结构中心位置布设基站节点，同时包含用户需求端和D2D 发送端。D2D 接收端均匀布置在与D2D 发送端相对应的圆形区域中[9]。为避免实验操作对通信网络质量带来的不良影响，我们使用空闲频谱资源来完成资源配置，相关实验参数设置详见表1。

在实验中，我们引入表1 中的实验参数来进行无线通信网络多节点资源配置。我们认真记录了多节点间不同资源包到达率下的平均端到端延时情况，并以此作为评价配置方法有效性的重要指标。多节点的平均端到端延时长短直接反映了节点资源的配置合理性，进而表明了其分配效率的高低[10]。

圖1 以曲线形式直观反映了蜂窝网络中不同包达到率下的节点平均端到端延时情况。由图可知，以包达到数0.4/S 为临界点，平均端到端延时随包到达率的变化呈现出先降而增的运动态势。在包达到率为1.8 时平均端到端延时达到5.8S，尽管出现了较大幅度的增长变化，但根据无线通信网络的运行特点，只要多节点传输间的平均端到端延时不超过10s，都能保证通信网络的稳定运行。由此可见，本配置方法具有较好的适用性，应用于无线通信网络中能够有效提升多节点间的资源配置合理性，从而提高资源利用率，保证整个无线通信网络的运行质量。

六、结束语

无线通信质量受到内外多种因素的影响，先进的通信技术是网络运行稳定性的根本保证，而多节点的合理配置和资源的均衡分配则成为提升用户使用体验的重要内容。

本文提出的无线通信网络多节点资源的均衡配置方法，可广泛适用于各类低资源消耗和全局服务的约束条件，并经实例应用验证了其有效性。然而随着时代的飞速发展，各领域对无线通信效率和质量的要求必定越来越高，这就需要我们持续、深入地研究，更新无线通信技术，不断优化节点资源配置及网络结构。