一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法
2023-06-01 11:00:46 2
專利名稱：一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法
技術領域：
本發明涉及一種認知無線網絡中的頻譜接入方法，尤其是一種基於群體進化理論的頻譜接入方法。
背景技術：
大量研究報告表明，世界範圍內的頻譜資源利用極不平衡，加之無線通信業務需求快速增長，無線頻譜資源日益匱乏。因此，對無線網絡而言，進行頻譜分配機制方面的研究，提高無線頻譜資源的利用效率顯得尤其必要。目前，對動態頻譜接入的研究主要集中在機會頻譜接入，許多國內外學者通過博弈論、拍賣理論以及數學規劃理論等對實現有效地頻譜機會共享進行了研究，同時限制了認知用戶對主用戶的衝突概率。此外，還有學者提出了基於價格動態性的靈活頻譜接入方法，使授權網絡能公平地競爭認知用戶，從而最大化每個授權網絡的效用。如提出了一種基於最優價格競爭的動態方法來實現頻譜機會有效地共享。但這些方法只考慮了認知用戶共享同一個授權網絡的頻譜機會，而在認知網絡中，用戶可以根據自己的偏好選擇接入不同的授權網絡。本文提出了一種基於群體進化理論的動態頻譜接入方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是根據不同的授權網絡以不同的價格將空閒頻譜出售給認知用戶，使認知用戶採用群體進化來動態分配頻譜以最大化自己的效用。本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案
一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法，包括如下步驟 步驟(1 )，基於動態群體進化對頻譜問題建立定價函數模型，每個授權網絡服務商通過定價函數出售頻譜，定價函數定義如下
Οβ) = χ」(ΣΛγ
其中不都是非負的常數，且Til, B = iKKh". 、代表所有用戶接入頻譜機會的帶寬集合；
步驟(2)，將步驟(1)的定價函數通知給網絡頻譜管理器中的定價域； 步驟(3)，設每個認知用戶的收益為共享的帶寬，成本為發射功率和向授權網絡支付的價格，建立認知用戶的報酬函數如下
TTi (5) = log(l + (v^ / NJfii -Ivhi -BiC(B)其中Zj =log(l + (v^ / N0))為頻譜效率，K為認知無線網絡的鏈路增益，ι為功率成本的係數，^為功率譜密度，W0為噪聲功率譜密度；(代表報酬f代表所有用戶的策略的集
合，Bm-.b》，為為每個用戶接入頻譜機會的帶寬；
步驟(4)，將步驟(3)的報酬函數通知給網絡頻譜管理器中的報酬域； 步驟(5)，進化過程
網絡頻譜管理器將定價C和報酬π送入接入網，得到平均報酬； 如果認知用戶觀測到自己的報酬低於群體內所有認知用戶的平均報酬1，則該認知用戶改變選擇的網絡；
當認知用戶數量的比例達到穩定狀態，即進化均衡時，進化結束。進一步的，本發明的一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法，步驟 (5)所述平均報酬的求取步驟如下
a)所有認知用戶隨機地接入網絡ζ的空閒頻譜；
b)迭代過程
(i )認知用戶根據報酬函數在時刻H十算接入網絡i所獲得的報酬 Γ( Λ),並將報酬信息發送給認知無線網絡的基站，t = l,2,3-·；
( )認知無線網絡的基站根據接收到的每個認知用戶的報酬信息，獲得基站範圍內所有認知用戶的平均報酬。本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果
本發明採用基於群體進化理論的頻譜接入方法，對頻譜問題進行建模，使認知用戶根據網絡環境動態地接入不同的網絡以最大化自己獲得的報酬。當認知用戶群體達到進化均衡時，接入各個授權網絡的認知用戶數量的比例達到穩定狀態，從而最大化了認知無線網絡的效用。利用認知用戶網絡選擇算法，充分利用空閒頻譜，提高了頻譜的利用率。
圖1是本發明認知用戶進化過程的示意圖。圖2是本發明分配過程中接入網進化計算的子過程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明 一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法，包括如下過程 (1)建立模型
本發明通過動態群體進化來對頻譜的利用問題進行建模。假設在某一地理範圍內存在多個可以為認知用戶接入的網絡，每個網絡服務商通過定價函數來出售頻譜，且認知用戶對頻譜的需求越高，頻譜價格就越高，從而提高與認知無線網絡進行頻譜共享而獲得的報酬。定價函數定義如下
權利要求
1.一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法，其特徵在於，包括如下步驟步驟(1 )，基於動態群體進化對頻譜問題建立定價函數模型，每個授權網絡服務商通過定價函數出售頻譜，定價函數定義如下其中υ，τ都是非負的常數，且d , B = Ib1^b3 - hM)代表所有用戶接入頻譜機會的帶寬集合；步驟(2)，將步驟(1)的定價函數通知給網絡頻譜管理器中的定價域； 步驟(3)，設每個認知用戶的收益為共享的帶寬，成本為發射功率和向授權網絡支付的價格，建立認知用戶的報酬函數如下π,(Β) = log(l + (為 / NJjhi -Ivbi -ψ(β)其中在二log(l+(vV風))為頻譜效率，~為認知無線網絡的鏈路增益，為功率成本的係數，ν為功率譜密度，Af0為噪聲功率譜密度；C代表報酬，B代表所有用戶的策略的集合，Β =，為為每個用戶接入頻譜機會的帶寬；步驟(4)，將步驟(3)的報酬函數通知給網絡頻譜管理器中的報酬域； 步驟(5)，進化過程網絡頻譜管理器將定價C和報酬π送入接入網，得到平均報酬； 如果認知用戶觀測到自己的報酬低於群體內所有認知用戶的平均報酬1，則該認知用戶改變選擇的網絡；當認知用戶數量的比例達到穩定狀態，即進化均衡時，進化結束。
2.根據權利要求1所述的一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法，其特徵在於，步驟(5)所述平均報酬的求取步驟如下a)所有認知用戶隨機地接入網絡的空閒頻譜；b)迭代過程(i )認知用戶根據報酬函數在時刻f計算接入網絡i所獲得的報酬並將報酬信息發送給認知無線網絡的基站，t=l,2,3-'；( )認知無線網絡的基站根據接收到的每個認知用戶的報酬信息，獲得基站範圍內所有認知用戶的平均報酬。
全文摘要
本發明公開了一種基於群體進化理論的認知無線網絡頻譜接入方法，包括以下步驟(1)不同的授權網絡服務商以不同的價格將空閒頻譜出售給認知無線網絡；(2)認知用戶把自己獲得的報酬通知給網絡頻譜管理器；(3)網絡頻譜管理器根據基於群體進化理論的方法調節接入主網絡的認知用戶的數量。當認知用戶數量的比例達到穩定狀態，最大化認知用戶和網絡的效用。該方法利用群體進化理論來解決認知無線網絡中頻譜的動態接入問題，使所有認知用戶通過接入不同網絡的頻譜機會，逐漸地獲得相同的報酬，即進化均衡，從而提高頻譜利用的效率。
文檔編號H04W16/10GK102413472SQ20111032218
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者亓晉, 孫雁飛, 張斐, 李琳 申請人:南京郵電大學