异构网络垂直切换算法MATLAB仿真实现

一、仿真框架设计

基于多属性决策判决算法实现异构网络垂直切换，支持TD-SCDMA/LTE/WiFi等网络类型，包含以下核心模块：

网络拓扑建模：定义基站位置、覆盖范围及用户移动路径
信号强度计算：基于距离衰减模型计算接收功率（RSS）
切换判决模块：综合RSS、带宽、时延、费用等多属性决策
性能评估：统计切换次数、阻塞率、吞吐量等指标

二、核心代码实现

1. 参数初始化

%% 网络参数设置R_tds=1000;% TD-SCDMA覆盖半径 (m)R_tdl=170;% TD-LTE覆盖半径 (m)P_tds=[0,500];% TD-SCDMA基站坐标 (x,y)P_tdl1=[-150,0];% TD-LTE基站1坐标P_tdl2=[150,0];% TD-LTE基站2坐标F_tds=2020e6;% TD-SCDMA载频 (Hz)F_tdl=2600e6;% TD-LTE载频 (Hz)Pow_tds=70;% TD-SCDMA发射功率 (dBm)Pow_tdl=65;% TD-LTE发射功率 (dBm)

2. 用户移动路径生成

%% 用户移动轨迹模拟（随机游走）vp_ms=;% 速度 (m/s)VP_ms=[-600,300;-290,105;-20,40;0,40;20,40;250,120;600,500](@ref);% 关键路径点t=0:0.1:300;% 仿真时间 (s)[X,Y]=simulate_path(VP_ms,t);% 自定义路径生成函数

3. 信号强度计算

%% 接收功率计算（路径损耗模型）functionRSS=calc_rss(Xp,Yp,P_pos,F_pow,P_tx,ISFAST)d=sqrt((Xp-P_pos(1))^2+(Yp-P_pos(2))^2);% 距离 (m)ifISFAST==1% 快衰落模型（瑞利衰落）shadowing=10*log10(raylrnd(1));elseshadowing=0;endRSS=P_tx+20*log10(F_pow/1e9)-128.1-37.6*log10(d)+shadowing;% dBmend

4. 多属性决策判决模块

%% 多属性决策算法（加权评分法）functiondecision=handoff_decision(RSS_tds,RSS_tdl1,RSS_tdl2,...Rb_tds,Rb_tdl1,Rb_tdl2,...DLY_tds,DLY_tdl1,DLY_tdl2,...MNY_tds,MNY_tdl1,MNY_tdl2,weights)% 归一化处理R=[RSS_tds,RSS_tdl1,RSS_tdl2](@ref);Rb=[Rb_tds,Rb_tdl1,Rb_tdl2](@ref);DLY=[DLY_tds,DLY_tdl1,DLY_tdl2](@ref);MNY=[MNY_tds,MNY_tdl1,MNY_tdl2](@ref);% 权重分配（示例：RSS 30%, 带宽 25%, 时延 25%, 费用 20%）w=weights;% 综合评分计算score_tds=w(1)*R(1)+w(2)*Rb(1)-w(3)*DLY(1)+w(4)*MNY(1);score_tdl1=w(1)*R(2)+w(2)*Rb(2)-w(3)*DLY(2)+w(4)*MNY(2);score_tdl2=w(1)*R(3)+w(2)*Rb(3)-w(3)*DLY(3)+w(4)*MNY(3);% 决策判断[~,max_idx]=max([score_tds,score_tdl1,score_tdl2](@ref));decision=['Network',num2str(max_idx)];end

5. 主仿真循环

%% 主循环（时间步长0.1秒）total_time=300;% 总仿真时间 (s)dt=0.1;% 时间步长 (s)num_steps=total_time/dt;% 初始化统计变量handoff_count=zeros(1,num_steps);throughput=zeros(1,num_steps);blocked=0;fort=1:num_steps% 获取当前用户位置Xp=X(t);Yp=Y(t);% 计算各网络RSSRSS_tds=calc_rss(Xp,Yp,P_tds,F_tds,Pow_tds,1);RSS_tdl1=calc_rss(Xp,Yp,P_tdl1,F_tdl,Pow_tdl,1);RSS_tdl2=calc_rss(Xp,Yp,P_tdl2,F_tdl,Pow_tdl,1);% 计算网络性能参数Rb_tds=1.28;DLY_tds=20;MNY_tds=0.3;% TD-SCDMA参数Rb_tdl1=8;DLY_tdl1=40;MNY_tdl1=0.2;% TD-LTE1参数Rb_tdl2=8;DLY_tdl2=45;MNY_tdl2=0.1;% TD-LTE2参数% 执行切换判决current_network=handoff_decision(RSS_tds,RSS_tdl1,RSS_tdl2,...Rb_tds,Rb_tdl1,Rb_tdl2,...DLY_tds,DLY_tdl1,DLY_tdl2,...MNY_tds,MNY_tdl1,MNY_tdl2,[0.3,0.25,0.25,0.2](@ref));% 更新统计信息ift>1&&~strcmp(current_network,prev_network)handoff_count(t)=1;endprev_network=current_network;% 带宽分配与阻塞检测ifcurrent_network=='Network1'&&Rb_tds<0.5blocked=blocked+1;endend% 计算性能指标handoff_rate=sum(handoff_count)/num_steps;blocking_rate=blocked/(total_time/dt);

三、性能评估与可视化

1. 切换次数与阻塞率统计

figure;subplot(2,1,1);stem(find(handoff_count),'r','LineWidth',1.5);xlabel('时间 (s)');ylabel('切换次数');title('垂直切换次数分布');subplot(2,1,2);bar(['Handoff Rate: ',num2str(handoff_rate*100),'%';...'Blocking Rate: ',num2str(blocking_rate*100),'%']);

2. 网络吞吐量对比

% 吞吐量计算（示例）throughput=cumsum(handoff_count)*1e6;% 假设每次切换增益1Mbpsfigure;plot(0:dt:total_time-dt,throughput);xlabel('时间 (s)');ylabel('吞吐量 (Mbps)');title('网络吞吐量随时间变化');