[發明專利]基于改進小生境遺傳的認知無線網絡頻譜分配方法

有效

• 申請號: 202010524787.7
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111698690B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 朱赟;許穎;錢梁梁;湯磊;廖赟
• 申請（專利權）人: 贛南師范大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;G06N3/126
• 代理公司: 北京成實知識產權代理有限公司 11724
• 代理人: 周瑜

1.基于改進小生境遺傳的認知無線網絡頻譜分配方法，其特征是通過可用頻譜分配、干擾分配、頻譜分配效益結合負載和信噪比來得出頻譜分配總效益，來構建改進遺傳算法的適應度函數，以二級用戶分配頻譜作為一個個體，所有的分配可能性作為種群，所分配的頻譜為它的基因型，通過選擇、交叉、變異、淘汰操作得出最優的頻譜分配方案；所述進行頻譜分配的具體步驟為：

步驟1：可用頻譜集合J{a、b、c、d……j}

表示頻譜不可使用，表示頻譜可用；

步驟2：干擾分配概率集合

是干擾分配概率，I_tf＝1表示存在干擾，I_tf＝0表示不存在干擾，中e^t表示時間影響因子隨時間的變化而變化，S_l²表示與距離的大小有關，ω₀為定值，θ為權重因子，用于調控信噪比與負載的影響比例，信噪比和負載R_d²也會影響分配概率；

步驟3：頻譜分配效益集合

F_bef可用于效益值的判斷，其中γ為權重因子，它可以根據不同的主用戶，二級用戶設置不同的權重，P是指同時用此頻譜用戶的數目；

步驟4：信噪比集合

信噪比指的是有用信號功率P_signal與噪聲功率P_noise的比，A_S表示信號振幅A_n表示噪聲振幅；

步驟5：用戶負載集合

優化系統吞吐量的傳統方法就是將干擾小的優先分配給負載大的用戶；

步驟6：頻譜分配總效益

頻譜分配總效益MAX_E就是一級用戶總效益和二級用戶總效益之和，頻譜分配總效益越大，代表分配方案越合理；

步驟7：對頻譜分配方案的選擇：

想要模擬小生境對頻譜分配方案進行綜合劃分，先按適應度函數f來計算每一個頻譜分配方案然后進行判定，得出每一個方案的頻譜分配總效益，將他們進行正向排序處理，得出按適應度正向排序的種群f₁f₂f₃……f_i，

Z_i表示劃分的子種群的個體數量，當Z＝i²+i時，種群的前一半按照y＝x的正比例劃分，即i＝R時，前面R個種群的總個體數為種群數目的一半；前一半劃分種群的數量num＝i作為后一半種群劃分數量，種群后一半進行等量劃分，每一子種群數量為

賭盤選擇

以當前種群內個體的適應度作為被選擇留下來的概率P劃分0-1這個區間，我們隨機生成i個0-1之間的小數rd，它落在每個區間內的次數就是他被選擇的次數，如果有的區間沒有被選擇則在下一代個體中用適應度最高的替代，M表示子種群數量，O_i＝1代表選中，O_i＝0表示未選中，表示第m個子種群的第n個個體的基因；

步驟8：交叉操作，提出自適應交叉概率P_c

這里用自適應交叉概率P_c來代替固定的交叉概率，將子群體的適應度劃分為三份以f_one和f_two劃分，其中Δ₁為概率常數1，Δ₂為概率常數2，Δ₃為概率常數3，T_now為當前的迭代數，指的是第m個子種群的第n個個體的適應度,代表第m個子種群中的第一個個體的適應度，此時的個體在它存在的子種群中適應度最大，為兩個需要交叉基因的個體適應度的平均值，交叉概率應和迭代次數有關，隨著迭代次數的增加，交叉概率應該線性下降來保護最優解不被破壞；

步驟9：變異操作，提出自適應變異概率

自適應變異概率P_m

將子群體的適應度劃分為三份以f_one和f_two劃分,其中為概率常數1，為概率常數2，為概率常數3，T_now為當前的迭代數，指的是第m個子種群的第n個個體的適應度,代表第m個子種群中的最大適應度，表示該產生變異的個體的適應度值，隨著迭代次數的增加，變異概率應該線性增加，來打破陷入的局部最優；

步驟10：淘汰操作

淘汰機制主要是針對適應度最差的那個種群(即第2i個子種群)，判定其是否有繼續進化發展的潛力，如果判定其發展潛力(U_develop)低則將其淘汰，選取其他種群中當前適應度最大的進行替換，淘汰的判定主要從以下方面：

1.交叉是否產生新的基因型；

2.交叉后產生的新個體的適應度是否超當前子種群中的最大適應度；

3.變異后產生的新個體的適應度是否超過了當前子種群的最大適應度；

MK＝0表示未產生新的基因型，N_new表示產生新的基因的個數，表示超過當前最大適應度個體的平均適應度，f_max表示當前種群最大適應度，N_same表示當前種群中相同基因的個體數量，K為定值，當前種群的淘汰值小于K，則保留當前種群，當前種群淘汰值大于K，則用前i個子種群的最優個體替換,K_a、K_b、K_c用于調節不同時期不同因素所占比重,K_a、K_b、K_c三個值和應為1，從而一直迭代，直到出現最適合的頻譜分配方案。