[發(fā)明專利]一種基于合作博弈的認(rèn)知傳感網(wǎng)簇內(nèi)頻譜分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110340011.0
• 申請(qǐng)日: 2011-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102413473A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋鐵成;蘇倩;沈連豐;胡靜;夏瑋瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/10
• 分類號(hào): H04W16/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是傳感器網(wǎng)絡(luò)電磁頻譜監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)中簇內(nèi)頻譜分配的一種方法，該方法基于合作博弈理論的思想，屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

頻譜分配是指根據(jù)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的數(shù)目和其服務(wù)要求將空閑頻譜分配給一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，主要目的是通過(guò)一個(gè)自適應(yīng)策略有效地選擇和利用空閑頻譜。利用動(dòng)態(tài)頻譜分配策略，可以有效地提高無(wú)線通信的靈活性，避免授權(quán)用戶和認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間的沖突。

國(guó)內(nèi)外一些專家、學(xué)者對(duì)基于博弈論的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)頻譜分配已經(jīng)做了大量的研究，比如利用博弈論的思想分別在時(shí)域、考慮主用戶的干擾等方面對(duì)頻譜分配算法進(jìn)行研究。也有相關(guān)技術(shù)針對(duì)分布式認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提出了基于潛在博弈論的頻譜分配算法和基于無(wú)悔學(xué)習(xí)理論的頻譜分配算法，允許不同用戶同時(shí)使用相同信道，以最小化系統(tǒng)總信干比(SIR，Signal?to?Interference?Ratio)水平為目標(biāo)，但是需要接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間進(jìn)行相關(guān)信令的交換，因此，一個(gè)不受主用戶干擾的公共控制信道是算法的必須，但是在許多的應(yīng)用場(chǎng)景中，這樣的條件顯然是不切實(shí)際的。

Sang-Seon?Byun(卞桑善)等人在文獻(xiàn)“Dynamic?Spectrum?Allocation?in?Wireless?Cognitive?Sensor?Networks：Improving?Fairness?and?Energy?Efficiency”(無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)頻譜分配：改善公平性和能量有效性)(IEEE?Vehicular?Technology?Conference[C]，Calgary，Canada，2005：1-5，電氣與電子工程協(xié)會(huì)車輛技術(shù)研討會(huì))中，使用修正博弈論(MGT，Modified?Game?Theory)，提出了一種集中式的認(rèn)知無(wú)線電傳感器網(wǎng)絡(luò)頻譜分配算法，該算法主要是基于以下目標(biāo)：(1)盡量保證頻譜分配公平性；(2)最大化頻譜利用率；(3)兼顧數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先級(jí)；(4)減少頻譜切換。另外，為獲得近似MGT的解決方案，該算法采用了合作型博弈論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它在考慮各節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)及最小化頻譜切換的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了較好的頻譜分配公平性。但是簇內(nèi)只有一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)頻譜感知。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一個(gè)基于合作博弈的認(rèn)知傳感網(wǎng)簇內(nèi)頻譜分配方法，在兼顧節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)和剩余能量的前提下，完成簇內(nèi)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間公平有效的頻譜分配。

技術(shù)方案：一種基于合作博弈的認(rèn)知傳感網(wǎng)簇內(nèi)頻譜分配方法，傳感網(wǎng)分成若干簇，將信道分配問(wèn)題建模成一個(gè)博弈的輸出；在這個(gè)博弈過(guò)程中，參與者是認(rèn)知節(jié)點(diǎn)，策略是他們對(duì)信道的選擇，并且效用和他們所選擇的信道質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，添加兩個(gè)約束條件后，通過(guò)最大化系統(tǒng)效用函數(shù)得到最佳子信道分配矩陣；

該方法包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：建立空閑矩陣

認(rèn)知節(jié)點(diǎn)n依次對(duì)本地環(huán)境子信道m(xù)進(jìn)行感知，然后將信道使用狀況、空閑信道的質(zhì)量，通過(guò)簇內(nèi)局部控制信道發(fā)送給簇首，簇首利用各節(jié)點(diǎn)傳送來(lái)的信道狀態(tài)信息，建立起信道空閑矩陣F＝{f_n，m|f_n，m∈[0，l]}，表示頻譜對(duì)于認(rèn)知節(jié)點(diǎn)是否可用以及可用信道的質(zhì)量，其中l(wèi)是感知次數(shù)；n＝1，2，…，N；N為認(rèn)知節(jié)點(diǎn)數(shù)；m＝1，2，…，M；M為子信道數(shù)；

步驟2：建立系統(tǒng)效用函數(shù)

系統(tǒng)效用函數(shù)為