尹夢潔

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

隨著近來智能設(shè)備和多媒體業(yè)務(wù)需求爆炸式的增長，網(wǎng)絡(luò)容量需求也來越高。業(yè)界致力于從提高頻譜資源利用率方面解決問題，然而進(jìn)展緩慢，3GPP進(jìn)行了一系列標(biāo)準(zhǔn)化工作，從小區(qū)分裂，small cell，D2D等方向改進(jìn)系統(tǒng)容量，其中D2D是在現(xiàn)有4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)上的平滑演進(jìn)，運營商可以直接對現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)升級來支持D2D，因此該技術(shù)獲得運營商的青睞。

在 3GPP（3rd Generation Partnership Project）的各個標(biāo)準(zhǔn)組里，來自全球的運營商和設(shè)備制造商參與了D2D通信技術(shù)的討論和技術(shù)規(guī)范制定，并最終確定其作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一的地位。目前3GPP已完成了D2D架構(gòu)、各功能實體、主要支持的功能、信息交互流程以及近距離發(fā)現(xiàn)和直接通信工作機(jī)制。隨著D2D工作機(jī)制的進(jìn)一步完善，未來D2D通信將會在分流運營商網(wǎng)絡(luò)以及公共安全直接通信場景中獲得大規(guī)模使用。

通信安全控制在有關(guān)無線通信安全，信息安全，網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議中的定義是一致的，指的是通信網(wǎng)絡(luò)安全的先進(jìn)技術(shù)以及發(fā)展方向，近年來智能設(shè)備和多媒體業(yè)務(wù)需求爆炸式的增長，網(wǎng)絡(luò)容量需求也來越高，網(wǎng)絡(luò)容量需求也來越高，通信安全也越來越受到人們重視。D2D方法被提出改進(jìn)系統(tǒng)容量。D是在現(xiàn)有4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)上的平滑演進(jìn)，運營商可以直接對現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)升級來支持D2D，因此該技術(shù)獲得運營商的青睞。隨著D2D工作機(jī)制的進(jìn)一步完善，未來D2D通信將會在分流運營商網(wǎng)絡(luò)以及公共安全直接通信場景中獲得大規(guī)模使用。模型控制中，若直接測量，一般不可行，那是因為演化該模型的頻率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過觀察到的頻率和最佳的觀測數(shù)據(jù)將被選擇用于估計[1]。同時考慮到該模型具有復(fù)雜的非線性特征，因此無法生成有效數(shù)據(jù)與狀態(tài)估計，根據(jù)實際情況存在較大偏差[2]。因此，近年來應(yīng)采用何種方法來提高觀測數(shù)據(jù)的有效性以及如何提高精度，這是該行業(yè)的重點,提出重心，以一致性分析作為基本核心，觀察和分析值之間的差被用來替換錯誤統(tǒng)計[3]；為了減少平滑功能風(fēng)險，有必要找到減少視圖的方法[4]；通過取觀測數(shù)據(jù)的平均值來測量隨機(jī)誤差及其相關(guān)誤差[5]；誤差協(xié)方差矩陣與對稱循環(huán)矩陣具有明顯的相似性，其中，誤差協(xié)方差矩陣需進(jìn)行離散傅立葉處理，這將產(chǎn)生更準(zhǔn)確的結(jié)果[6]；如果觀察目標(biāo)基于最大集合方差，則優(yōu)勢更有利[7]。在同化中，狀態(tài)估計是根據(jù)數(shù)據(jù)信息，應(yīng)該用什么方法來得到更加精確的觀測數(shù)據(jù)，顯著降低誤差范圍，已經(jīng)成為當(dāng)前學(xué)者的重點研究內(nèi)容[8]。

通過以上描述，本文論證了通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化的訓(xùn)練方法的數(shù)學(xué)建模是基于所構(gòu)造的第一整體結(jié)構(gòu)模型，然后通過一個遺傳算法說明，接著進(jìn)行優(yōu)化訓(xùn)練，再詳細(xì)介紹遺傳算法D2D的設(shè)計，有效地構(gòu)建觀測位置的等值權(quán)重，給出狀態(tài)估計分析公式；最終對新方法進(jìn)行了驗證，再將其與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，從而討論遺傳算法的成效性和客觀性。

1 基于遺傳算法的通信安全控制研究訓(xùn)練

在本文的論證中，選用遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）為算法基礎(chǔ)，先計算歐式距離，再對觀測位置的距離進(jìn)行判斷，接著給出權(quán)重。利用已經(jīng)觀測到的數(shù)據(jù)來減小估計誤差值，降低虛假相關(guān)，力求預(yù)報值接近真實狀況。

由于魯棒性的影響太過明顯，控制效果也必然會受到大幅度的影響，尤其是基于通信安全控制系統(tǒng)，就會呈現(xiàn)出更強(qiáng)的非線性與不穩(wěn)定性。在同化系統(tǒng)中，不同觀測點的觀測信息，其重要性通常是由觀測權(quán)重來決定的。在圖1中，圖像展示的是控制同化示意圖，可以看到，“七角星”代表狀態(tài)更新后的位置，同時利用“五角星”來表示觀察位置，在傳統(tǒng)方案下則選擇順利濾波。以中心格點為基本對象，利用依次循環(huán)的方法，將所有對象都處理至分析網(wǎng)絡(luò)之中。先計算歐式距離，再將其按照專業(yè)的方法將其量化，從而確定權(quán)重值的大小，更新位置越近，權(quán)重越大，反之，若更新位置越遠(yuǎn)，權(quán)重越小。

圖1 通信安全系統(tǒng)控制同化表示圖

采用通信安全控制研究訓(xùn)練可以得到相應(yīng)的觀察點的權(quán)重，以推算出對應(yīng)的狀態(tài)更新向量。詳細(xì)的步驟如下：

（1）輸入變量的選擇和離散化。基于歐式距離的變化（用字母表示），設(shè)置語言變量域，通常將其范圍設(shè)置為；然后輸出等效權(quán)重，再設(shè)定變量域的合理范圍。之后確定量化因子，可以將其值設(shè)定成0.025。

（2）動態(tài)粒子群推理。等效權(quán)重取決于歐式距離的變化。如果歐式距離更遠(yuǎn)，則等效權(quán)重將更小，然后將采用三角函數(shù)隸屬函數(shù)。表1中表述的是具體通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化規(guī)則。

表1 輸入量和輸出量對應(yīng)規(guī)則

（3）等價權(quán)重u的斷定。從表面上講，觀察的數(shù)量決定了權(quán)重的數(shù)量。在控制規(guī)則的條件下，獲得通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練功率輸出權(quán)重。

（4）解通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化。通過上文的推理，本文得到了通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化值（即通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化輸出權(quán)重u）。通常將這個過程稱為通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化，本文選取了最大隸屬度的方法。

（5）狀態(tài)更新。根據(jù)通信安全系統(tǒng)控制優(yōu)化訓(xùn)練權(quán)重計算出物理空間距離。

2 數(shù)值仿真結(jié)果分析

本文論證是檢測遺傳算法D2D安全建模方法的功能，因此必須做模擬實驗。在模擬實驗中有針對的使用功Sphere函數(shù)和Rastrigin函數(shù)，將其進(jìn)行控制，再使用本文粒子群該算法最終得到了控制訓(xùn)練的收斂點收斂結(jié)果和需要時間。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱圖2，經(jīng)過分析圖2的控制，文本算法的有效使用能盡量地減少計算成本，既節(jié)約了很多的運行時間，又更好地增加了控制效率。

在本文的研究過程中，評價指標(biāo)被使用，并且由下式使用的評價指標(biāo)可以表示：

圖2 遺傳算法D2D建模方法的運行

本文在實驗測試過程中設(shè)置了如下參數(shù)：表2給出了實驗1的各參數(shù)設(shè)置結(jié)果。其中，N變化間隔等于2，并且間隔的大小取為5。圖3表示是均方根的對比圖。對圖3進(jìn)行分析可以獲得以下3個結(jié)論：第一，集合數(shù)量會對均方根誤差產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)集合數(shù)量增加后，上述各方案都出現(xiàn)了均方根變小的變化趨勢，同時達(dá)到更高的同化準(zhǔn)確性。第二，當(dāng)集合數(shù)等于2時，以上3個方案在均方根方面都具有優(yōu)異性能，不能達(dá)到同化要求。隨著集合數(shù)量的進(jìn)一步增加，以方案獲得的收斂速度將明顯變快。當(dāng)集合數(shù)等于20時，將獲得更高的同化精度；當(dāng)集合數(shù)等于40時，3種方案同化效果一致。結(jié)論3，計算負(fù)擔(dān)與集合數(shù)量密切相關(guān)。如果集的數(shù)量較大，則計算負(fù)擔(dān)較重。在這三種方案中，F(xiàn)ETKF方案具有突出的優(yōu)點，而且具有最優(yōu)的同化成效。

表2 實驗研究方法

圖3 55組數(shù)對同化結(jié)果的影響

3 結(jié) 語

在通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化中，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入D2D通信技術(shù)，帶來好處的同時也存在著蜂窩用戶與D2D用戶之間的同頻干擾問題，一定程度上影響了頻譜利用率，最優(yōu)的狀態(tài)估計需要觀測值來不斷修正，提出了依賴遺傳算法D2D安全建模方法模型的通信安全系統(tǒng)無功優(yōu)化辦法。本文與集合變換卡爾曼濾波（ETKF）方案結(jié)合，本文不但給與非線性系統(tǒng)的解的方法，但也給出了非線性系統(tǒng)的計算方案。討論結(jié)果為：在隨機(jī)離散的條件下，采用該方案能夠有成效地改善偽相關(guān)，可以防止對更明確的變量的作用，有效地減少觀測數(shù)據(jù)引起的誤差，以D2D用戶和速率最大化為優(yōu)化目標(biāo)，運用基于遺傳算法為蜂窩信道、復(fù)用信道和專用信道上的D2D用戶進(jìn)行功率分配。仿真結(jié)果表明，本文所提的基于信道增益比值的D2D通信模式選擇和資源分配的方案，可以更充分地利用頻譜和功率資源，進(jìn)一步提升譜效和D2D用戶的和速率。因此進(jìn)一步減少計算成本，從而讓通信安全系統(tǒng)訓(xùn)練優(yōu)化更上一層樓。