[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

本發明公開了一種基于改進多目標PSO優化的目標信道訪問方法。首先用粒子位置表示信道訪問順序，因此要將信道序號編碼成離散二進制[0,1]序列，為了保證編碼后的序列不重復，需要糾正編碼。然后引入“V”型函數更新粒子位置，將累積時延和信道容量作為二個適應度函數，確定非支配解并加入到外部檔案集中，當達到最大迭代次數，輸出外部檔案集里的解，每個解均對應一種目標信道訪問順序，這些解都是Pareto最優解。仿真結果表明，所提出的頻譜切換算法得到的最優信道訪問解集能夠兼顧網絡的實時性和高吞吐率，算法復雜度較低。

技術領域

本發明屬于無線通信中認知無線電領域，特別涉及一種利用多目標PSO優化的累積時延和信道容量聯合優化的目標信道訪問中目標信道訪問方法。

背景技術

無線設備的快速增長導致頻帶接入需求急劇增加，而據美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission，FC-C)的調查表明，高達85％授權頻譜未被充分利用。認知無線電(Cognitive Radio, CR)是一種解決頻譜利用率低下和日益增長的頻譜接入需求之間矛盾的技術，認知用戶(Secondary User,SU)在空時變化的無線電環境中尋找頻譜空穴，自適應調整自身參數，機會式接入未被主用戶使用的授權頻帶。為了不影響主用戶(Primary User,PU)通信，當認知用戶使用的信道中突然出現優先級高的PU時，認知用戶必須離開當前信道，尋找新的空閑信道，以保證通信的連續性，這一過程即為頻譜切換。目標信道對頻譜切換來說至關重要，因為目標信道是通信得以維持的希望。目前，選擇目標信道序列的依據有以下幾種：剩余空閑時間最長、空閑概率最大、切換時延最短、降低能耗等。

但現有方法都從單個角度選擇目標信道，然而實際通信過程中，信道容量也是一個很重要的參考因素，即使切換次數很少，如果信道容量較小，也無法滿足認知用戶的通信需求。

發明內容

本發明針對現有目標信道序列設計方法的局限性，綜合考慮切換累積時延和信道容量，這是一個多目標問題，因此提出一種基于改進多目標PSO優化的目標信道訪問方法,一種利用多目標PSO優化的累積時延和信道容量聯合優化的目標信道訪問方法，以兼顧網絡實時性和高吞吐率需求。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括如下步驟：

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(PF前沿)作為結果集。

本發明的有益效果是：

1、本文提出一種綜合考慮累積切換時延和有效信道容量二個目標的目標信道訪問方法。該方法能夠兼顧網絡實時性和高吞吐率，具有有效性和實用性。

2、提出改進的多目標粒子群優化算法，減少時間復雜度，保證了實時性的要求。

3、重新設計編碼方式，該編碼方法能夠糾正重復編碼。

4、重新設計位置更新公式，該公式能夠增加位置改變概率，增強算法尋優能力。

附圖說明

圖1為頻譜切換示意。