[發明專利]一種基于改進多目標PSO優化的目標信道訪問方法

有效

• 申請號: 201711027043.9
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN108055665B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 張煜培;趙知勁;楊安鋒
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.一種基于改進多目標PSO優化的目標信道訪問方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟1、建立頻譜切換優化模型；

步驟2、建立頻譜切換中目標信道訪問機制，得到該種機制下切換時延和信道容量函數公式，并設計目標函數；

步驟3、編碼及初始化，利用目標信道訪問次序對粒子位置x編碼，并初始化各種參數；

步驟4、更新全局最優值g,計算每個粒子的目標函數值E[D]和-E[C],確定非支配解加入到外部檔案集NP中，利用自適應網格選擇密度最小的粒子作為g；

步驟5、更新個體速度v和位置x，計算每個粒子的目標函數值，即切換時延和信道容量；

步驟6、更新個體最優值p；

步驟7、重復步驟4-步驟6，當達到最大迭代次數，輸出NP集中的非支配解集作為結果集；

步驟1所述的建立頻譜切換優化模型，具體如下：

考慮在認知無線電網絡中,有N個獨立信道，SU1和SU2正在其中一個空閑信道上通信，某一時刻主用戶突然接入該信道，為了維持通信，SU1和SU2需執行頻譜切換，按照事先已經確定好的目標信道序列，以周期T對該序列M≤N依次進行訪問，因此這M個信道的全排列構成了搜索的解空間Ω，其維數為M×M；認知用戶首先接入c_k1信道，以調整通信參數，所需時間為T_h，由于M個目標信道的確立是通過周期性感知得出的結果，因此信道是否真的空閑是概率事件；若在c_k1握手期間或者在通信期間，主用戶突然出現，則認知用戶需停止當前通信，依次訪問c_k2,…,c_ki,…直至找到空閑信道，代表本次切換成功；若訪問完M個信道，仍未發現空閑信道，則本次切換失敗；

步驟2所述的建立頻譜切換中目標信道訪問機制，得到該種機制下切換時延和信道容量函數公式，并設計目標函數，具體如下：

2-1.假設信道空閑時間服從指數分布，信道空閑時間概率密度函數為：

式中表示c_i信道的平均空閑時間；假設目標信道序列為[c₁,c₂,…,c_i,…,c_M]，令認知用戶訪問第i個信道c_i失敗的概率為即在當前握手過程中突然有主用戶接入該信道或在此以前主用戶接入該信道并一直占用，則在c_i上握手失敗的概率為:

則在c_i上握手成功的概率為：

則本次頻譜切換失敗的概率為:

在經過i(1≤i≤M)次握手之后切換成功的概率為：

2-2.由2-1分析可知，切換時延由二部分構成，一部分是切換成功產生時延，另一部分是切換失敗產生時延，因此得到切換時延的期望為：

2-3.假設CRN總帶寬為B,均分為N個信道，則每個信道帶寬為B/N，c_i信道的信噪比為則可得平均有效信道容量為:

2-4.建立如下目標函數：

其中c^*＝[c₁,c₂,…,c_M]∈Ω表示最佳目標信道訪問次序；

步驟3所述的編碼及初始化，利用目標信道訪問次序對粒子位置x編碼，并初始化各種參數，具體如下：

3-1.設目標信道訪問序列中有M個信道，則信道編號的集合為Θ＝[0,1,2,…,M-1]；每個信道編號用L＝ceil(log₂M)比特來表示，ceil表示向上取整，則每個粒子編碼的維數為d＝LM；由于初始化信道序列是隨機的，因此可能出現重復的信道，所以需要糾正編碼，具體步驟如下：

3-1-1.解碼：將第i個粒子位置x_i＝(x_i1,x_i2,…,x_id)十進制解碼后，序列為z_i＝(z_i1,z_i2,…,z_iM)；其中z_ij由x_i中的(x_i,(j-1)L+1,…,x_i,jL)解碼求得；

3-1-2.映射：通過z_i＝(z_i1modM,z_i2modM,…,z_iMmodM)將其映射到Θ中；

3-1-3.將z_i中不同元素置于集合Ρ中，當P中元素個數num(P)＜M時執行步驟3-1-4和3-1-5，否則停止；

3-1-4.z_i中出現2個相同元素時，在集合Ψ＝Θ-Ρ中隨機選擇一個元素λ_i來替代；

3-1-5.更新P＝[Pλ_i]，Ψ＝Θ-Ρ，若則停止；否則轉3-1-4；

3-2.初始化粒子速度v，服從[Varmin,Varmax]上均勻分布，通常令Varmax＝-Varmin＝4；默認粒子的初始位置為個體最優值p，支撐集NP＝[]，設置最大迭代次數I，令t＝1。