專利名稱：認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法。該方法實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多認(rèn)知用戶之間存在信息不對稱時(shí)的分層最優(yōu)功率控制，有效提升認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)性能。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無線電技術(shù)是無線通信發(fā)展的新思路和研究熱點(diǎn)。具有認(rèn)知功能的無線通信設(shè)備(認(rèn)知設(shè)備)通過感知無線環(huán)境、學(xué)習(xí)推理更新知識庫、預(yù)測行為和動態(tài)設(shè)計(jì)傳輸策略實(shí)現(xiàn)擇機(jī)使用已授權(quán)頻譜空洞，從而有效提升頻譜利用率。隨著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和認(rèn)知設(shè)備的不斷普及，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)以其面向端到端的性能優(yōu)勢成為通信界下一個(gè)重點(diǎn)研究課題。 但是在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶之間的互擾問題異常嚴(yán)重，稱為制約認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)容量最亟待解決的關(guān)鍵問題之一。功率控制可有效管理和避免多個(gè)認(rèn)知用戶之間的干擾，有效保證認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性和服務(wù)質(zhì)量要求(QoS)的關(guān)鍵技術(shù)。認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動態(tài)性和認(rèn)知設(shè)備智能靈活捷變性要求采用新型分析技術(shù)建模認(rèn)知用戶的策略行為和分析認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)容量。目前， 基于博弈論研究認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的資源管理和分配已經(jīng)有很多工作，但當(dāng)前研究主要是基于納什非合作博弈模型和納什均衡解的分析，不能保證帕累托最優(yōu)性，且均假設(shè)是在對稱完全信息下的決策。這往往不符合實(shí)際認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行場景?；诓┺恼撗芯空J(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的策略設(shè)計(jì)和均衡問題，已有方案忽略多個(gè)認(rèn)知用戶之間的信息不對稱問題，均假設(shè)用戶策略設(shè)計(jì)建立在完全信息的基礎(chǔ)上，沒有考察多個(gè)認(rèn)知用戶的決策分層現(xiàn)象和對于網(wǎng)絡(luò)性能造成的影響。而實(shí)際上，作為跟隨者的認(rèn)知用戶可以有效采用感知和推理等方法獲取其他認(rèn)知用戶關(guān)于環(huán)境和決策等有用信息。因此，可以設(shè)計(jì)更加有效的功率控制方法。 更為重要的是，當(dāng)前研究沒有考察多用戶之間的動態(tài)行為和彼此之間理性多次交互策略選擇過程。目前在功率控制和頻譜資源管理技術(shù)方面，包含如下幾個(gè)技術(shù)基于非合作博弈效用函數(shù)的分布式功率控制方法，采用分級定價(jià)的頻譜管理方法和基于誠實(shí)合作的頻譜資源分配方法。在當(dāng)前認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)背景下，上述三種技術(shù)方法分別基于非合作博弈，分級定價(jià)和合作博弈論實(shí)現(xiàn)功率資源的有效分配。電子科技大學(xué)的專利申請文件“一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的基于效用函數(shù)的分布式功率控制方法”(公開號CN 101626260A,申請?zhí)?00810045492. 0，申請日2008. 7. 8)公開了一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于效用函數(shù)的分布式功率控制方法。該方法既滿足對主要用戶的保護(hù)又支持認(rèn)知用戶的QoS的折中方案。該方案是基于非合作博弈論的方案，它需要各個(gè)認(rèn)知用戶自行調(diào)節(jié)其發(fā)射功率；該方法存在的不足是該方法對于所用的認(rèn)知用戶采用相同的功率控制策略。南京郵電大學(xué)的專利申請文件“基于博弈論的分等級定價(jià)的頻譜管理方法”(公開號CN 101945397A,申請?zhí)?01010274853. 6，申請日2010. 09. 07)公開了基于博弈論的分等級定價(jià)的頻譜管理方法。該方法提出一個(gè)新的分等級價(jià)格機(jī)制，該方法存在的不足是，認(rèn)知用戶可能存在謊報(bào)QoS需求，以其獲得更高優(yōu)先級進(jìn)一步獲得更多更廉價(jià)的頻譜資源，這樣很難保證系統(tǒng)資源公平實(shí)現(xiàn)互惠互利的目的。西安電子科技大學(xué)的專利申請文件“一種認(rèn)知復(fù)合無線網(wǎng)絡(luò)中基于誠實(shí)合作的頻譜資源分配方法”(公開號CN 101753234A,申請?zhí)?01010013626. 8，申請日2010. 01. 20) 公開了一種認(rèn)知復(fù)合無線網(wǎng)絡(luò)中基于誠實(shí)合作的頻譜資源分配方法。該方法基于合作博弈論鼓勵(lì)接入網(wǎng)誠實(shí)的提出最小帶寬需求，在滿足各個(gè)接入網(wǎng)頻譜需求的基礎(chǔ)上，盡力緩解頻譜資源過度使用的狀況。該方法存在的不足是，基于合作博弈的頻譜資源分配方法交互次數(shù)多，信令開銷大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶分層功率控制方法，該方法通過為認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中掌握信息不對稱的多用戶，分別設(shè)計(jì)分布式功率控制方法，并多次動態(tài)交互實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)整體性能和用戶個(gè)體性能的最佳折中。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體思路是，首先根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)認(rèn)知用戶接入當(dāng)前考察頻譜的時(shí)間順序不同，確定領(lǐng)導(dǎo)者用戶和跟隨者用戶；然后，對于領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者分別采用不同的功率控制策略，并多次交互實(shí)現(xiàn)多用戶分層算法的動態(tài)交互收斂。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體步驟如下(1)用戶分類根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)認(rèn)知用戶接入考察頻譜的時(shí)間順序不同，確定多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者用戶和多個(gè)跟隨者用戶；(2)領(lǐng)導(dǎo)者參數(shù)準(zhǔn)備2a)初始化功率對于每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者用戶在多個(gè)信道上隨機(jī)初始化功率水平參數(shù)；2b)初始化注水水平對于每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者隨機(jī)初始化其注水水平參數(shù)；(3)執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)者策略3a)每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者獲取環(huán)境信息，包含信道增益信息和領(lǐng)導(dǎo)者可以感受到的總干擾功率信息；3b)計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)者下一步功率水平；3c)更新領(lǐng)導(dǎo)者注水水平；3d)判斷領(lǐng)導(dǎo)者策略是否收斂，如果收斂，繼續(xù)執(zhí)行下一步；否則，轉(zhuǎn)向步驟3a)；(4)跟隨者參數(shù)準(zhǔn)備4a)初始化功率對于每個(gè)跟隨者用戶在多個(gè)信道上隨機(jī)初始化功率水平參數(shù)；4b)初始化注水水平對于每個(gè)跟隨者隨機(jī)初始化其注水水平參數(shù)；(5)信息提取每個(gè)跟隨者根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)者用戶的策略信息和相應(yīng)的信道信息獲取有助于其決策的領(lǐng)導(dǎo)者用戶信道信息；(6)執(zhí)行跟隨者策略6a)每個(gè)跟隨者獲取環(huán)境信息，包含信道增益信息和跟隨者可以感受到的總干擾功率信息；6b)計(jì)算跟隨者下一步功率水平；
6c)更新跟隨者注水水平；(7)判斷跟隨者策略是否收斂，如果收斂，繼續(xù)執(zhí)行下一步；否則，轉(zhuǎn)向步驟如)；(8)判斷領(lǐng)導(dǎo)者用戶和跟隨者用戶的策略是否均收斂，如果收斂，方法結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)向步驟O)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中對于所用的認(rèn)知用戶采用相同的功率控制策略，不能刻畫實(shí)際通信過程中，多個(gè)認(rèn)知用戶存在分層決策的現(xiàn)象，提出認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，通過為認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中掌握信息不對稱的多用戶分別設(shè)計(jì)分布式功率控制方法。第二，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中認(rèn)知用戶可能存在謊報(bào)QoS需求，以其獲得更高優(yōu)先級進(jìn)一步獲得更多更廉價(jià)的頻譜資源問題，提出認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，通過領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者的多階段策略交互避免認(rèn)知用戶不誠實(shí)的行為，同時(shí)，交互次數(shù)少，采用少量信令開銷實(shí)現(xiàn)多用戶之間的互惠互利。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者策略執(zhí)行流程圖；圖3為本發(fā)明在特定信道環(huán)境下的效果圖；圖4為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)性能和用戶性能效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1和附圖2對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。步驟1，用戶分類根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)認(rèn)知用戶接入考察頻譜的時(shí)間順序不同，確定多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者用戶和多個(gè)跟隨者用戶；步驟2，領(lǐng)導(dǎo)者參數(shù)準(zhǔn)備2a)初始化功率對于每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者用戶在多個(gè)信道上隨機(jī)初始化功率水平參數(shù)；2b)初始化注水水平對于每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者隨機(jī)初始化其注水水平參數(shù)；步驟3，執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)者策略3a)每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者采用學(xué)習(xí)訓(xùn)練的方式獲取環(huán)境信息，包含信道增益信息和領(lǐng)導(dǎo)者可以感受到的總干擾功率信息；3b)計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)者下一步功率水平
權(quán)利要求
1.認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其步驟包括如下(1)用戶分類根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)認(rèn)知用戶接入考察頻譜的時(shí)間順序不同，確定多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者用戶和多個(gè)跟隨者用戶；(2)領(lǐng)導(dǎo)者參數(shù)準(zhǔn)備2a)初始化功率對于每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者用戶在多個(gè)信道上隨機(jī)初始化功率水平參數(shù)；2b)初始化注水水平對于每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者隨機(jī)初始化其注水水平參數(shù)；(3)執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)者策略3a)每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者獲取環(huán)境信息，包含信道增益信息和領(lǐng)導(dǎo)者可以感受到的總干擾功率 fn息；3b)計(jì)算領(lǐng)導(dǎo)者下一步功率水平；3c)更新領(lǐng)導(dǎo)者注水水平；3d)判斷領(lǐng)導(dǎo)者策略是否收斂，如果收斂，繼續(xù)執(zhí)行下一步；否則，轉(zhuǎn)向步驟3a)；(4)跟隨者參數(shù)準(zhǔn)備4a)初始化功率對于每個(gè)跟隨者用戶在多個(gè)信道上隨機(jī)初始化功率水平參數(shù)；4b)初始化注水水平對于每個(gè)跟隨者隨機(jī)初始化其注水水平參數(shù)；(5)信息提取每個(gè)跟隨者根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)者用戶的策略信息和相應(yīng)的信道信息獲取有助于其決策的領(lǐng)導(dǎo)者用戶信道信息；(6)執(zhí)行跟隨者策略6a)每個(gè)跟隨者獲取環(huán)境信息，包含信道增益信息和跟隨者可以感受到的總干擾功率 fn息；6b)計(jì)算跟隨者下一步功率水平；6c)更新跟隨者注水水平；(7)判斷跟隨者策略是否收斂，如果收斂，繼續(xù)執(zhí)行下一步；否則，轉(zhuǎn)向步驟4a)；(8)判斷領(lǐng)導(dǎo)者用戶和跟隨者用戶的策略是否均收斂，如果收斂，方法結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)向步驟(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟3a)所述的領(lǐng)導(dǎo)者獲取環(huán)境信息的方法，步驟6a)所述的跟隨者獲取環(huán)境信息的方法均是采用學(xué)習(xí)訓(xùn)練的方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟3b)所述的領(lǐng)導(dǎo)者的下一步功率水平按照下列公式計(jì)算其中，是領(lǐng)導(dǎo)者用戶i在信道k上的下一步n+1功率水平，獷>是當(dāng)前步驟注水水平乂w⑷是領(lǐng)導(dǎo)者當(dāng)前步驟可以感受到的總干擾功率信息，gi.^k)是領(lǐng)導(dǎo)者用戶i的信道增息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟3c)所述的領(lǐng)導(dǎo)者更新注水水平按照下列公式計(jì)算
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟3d)所述的領(lǐng)導(dǎo)者判斷策略是否收斂按照下列公式計(jì)算
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟(5)所述的跟隨者獲取領(lǐng)導(dǎo)者用戶信道信息按照下列公式計(jì)算其中，P^k)是跟隨者獲得有用信息，gi,j(k)是領(lǐng)導(dǎo)者i到跟隨者j的信道信息，gj, i(k)是跟隨者j領(lǐng)導(dǎo)者i到的信道信息，gi.^k)是領(lǐng)導(dǎo)者i的信道信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟6b)所述的跟隨者的下一步功率水平按照下列公式計(jì)算
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟6c)所述的跟隨者更新注水水平按照下列公式計(jì)算
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，其特征在于，步驟(7)所述的跟隨者判斷策略是否收斂按照下列公式計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明公開一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法。該方法首先根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)認(rèn)知用戶接入當(dāng)前考察頻譜的順序不同，確定領(lǐng)導(dǎo)者用戶和跟隨者用戶；然后，對于領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者分別采用不同的功率控制策略，并多次交互實(shí)現(xiàn)多用戶分層算法的動態(tài)交互收斂。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中不能刻畫實(shí)際通信過程中多個(gè)認(rèn)知用戶存在分層決策和可能存在謊報(bào)信息的現(xiàn)象，提出認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中多用戶動態(tài)分層功率控制方法，通過為認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中掌握信息不對稱的多用戶分別設(shè)計(jì)分布式功率控制方法實(shí)現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者的多階段策略交互避免認(rèn)知用戶不誠實(shí)的行為，同時(shí)，交互次數(shù)少，采用少量信令開銷實(shí)現(xiàn)多用戶之間的互惠互利。
文檔編號H04W52/34GK102202313SQ20111017993
公開日2011年9月28日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉勤, 張炎, 李小亞, 李建東, 李紅艷, 李維英, 楊春剛, 盛敏 申請人:西安電子科技大學(xué)