專利名稱：認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，涉及通信系統(tǒng)中的認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)中的頻譜分配技術(shù)，具體涉及一種認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無(wú)線電是解決未來(lái)無(wú)限頻譜資源短缺的一個(gè)有效的技術(shù)方案，頻譜分配是其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有著十分重要的實(shí)際意義。圖論著色模型作為認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)頻譜分配的一個(gè)十分重要的模型，受到廣泛的研究與關(guān)注。傳統(tǒng)的基于圖論的頻譜分配方法以最大化系統(tǒng)頻譜利用率、公平性為目標(biāo)，追求認(rèn)知系統(tǒng)的收益最大化；或者以減小系統(tǒng)開(kāi)銷和算法復(fù)雜度為目標(biāo)，追求認(rèn)知系統(tǒng)的頻譜分配時(shí)間最小化。圖論模型是在干擾限制的前提下，將認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑橄蟪赏負(fù)鋱D，圖中頂點(diǎn)代表認(rèn)知用戶，認(rèn)知用戶即為節(jié)點(diǎn)，邊代表頂點(diǎn)間的干擾，每個(gè)頂點(diǎn)與一個(gè)顏色集對(duì)應(yīng)， 代表頂點(diǎn)的可用頻譜列表。對(duì)于拓?fù)鋱D子圖中的任意兩點(diǎn)，都存在連通它們的路徑。如果一個(gè)連通子圖不是任何一個(gè)連通子圖的真子集，那么稱這個(gè)連通子圖是一個(gè)極大連通子圖。 在圖論著色模型中，分屬于不同極大連通子圖的任意節(jié)點(diǎn)之間不存在任何影響。各個(gè)極大連通子圖在頻譜分配過(guò)程中是相互獨(dú)立的，可以進(jìn)行并行的頻譜分配。然而，授權(quán)信道的工作狀態(tài)直接影響認(rèn)知用戶的頻譜分配列表，對(duì)分配方法的公平性提出了更高的要求。傳統(tǒng)圖論頻譜分配方法大多從靜態(tài)角度出發(fā)，在頻譜分配的過(guò)程中，沒(méi)有考慮下一個(gè)頻譜分配周期前的授權(quán)用戶工作狀態(tài)的切換問(wèn)題。使得這些頻譜分配方法的分配結(jié)果既不滿足實(shí)際要求，又常常導(dǎo)致分配結(jié)果的系統(tǒng)總效用和公平性都很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的頻譜分配方法沒(méi)有考慮下一頻譜分配周期前的授權(quán)用戶工作狀態(tài)的切換，導(dǎo)致分配結(jié)果的系統(tǒng)總效用和公平性比較差，不能滿足實(shí)際需要的問(wèn)題，提出的一種認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法。本發(fā)明的認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法，具體過(guò)程為步驟1、初始化，根據(jù)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立Na個(gè)連通子圖；步驟2、判斷是否有子圖沒(méi)有進(jìn)行頻譜分配，如果是則進(jìn)行步驟3，如果否則頻譜分配完成；步驟3、選擇一個(gè)子圖i，l≤i≤Na，判斷子圖i是否是孤立節(jié)點(diǎn)，如果是，則直接按可用頻譜列表進(jìn)行頻譜分配，如果否，則計(jì)算屬于子圖i的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的g、Pi"、Α和 Bn，其中m表示授權(quán)信道，η表示認(rèn)知節(jié)點(diǎn)，g為認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η對(duì)應(yīng)的當(dāng)前可用頻譜列表，乃“為 G所對(duì)應(yīng)的下一時(shí)刻的授權(quán)信道空閑概率列表集，Bn表示認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η的已獲得的期望收益， Α表示授權(quán)信道m(xù)分配給認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η的干擾期望；Α和Bn的定義分別為
權(quán)利要求
1.認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法，其特征在于，該方法的具體過(guò)程為步驟1、初始化，根據(jù)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立Na個(gè)連通子圖；步驟2、判斷是否有子圖沒(méi)有進(jìn)行頻譜分配，如果是則進(jìn)行步驟3，如果否則頻譜分配完成；步驟3、選擇一個(gè)子圖i，l彡i彡Na，判斷子圖i是否是孤立節(jié)點(diǎn)，如果是，則直接按可用頻譜列表進(jìn)行頻譜分配，如果否，則計(jì)算屬于子圖i的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的K、P;、A^PBn，其中m表示授權(quán)信道，η表示認(rèn)知節(jié)點(diǎn)，g為認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η對(duì)應(yīng)的當(dāng)前可用頻譜列表，只“為g所對(duì)應(yīng)的下一時(shí)刻的授權(quán)信道空閑概率列表集，Bn表示認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η的已獲得的期望收益，A 表示授權(quán)信道m(xù)分配給認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η的干擾期望；Α和Bn的定義分別為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法， 其特征在于，所述步驟1建立Na個(gè)連通子圖的具體方法為步驟11、隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)授權(quán)節(jié)點(diǎn)和N。個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的地理坐標(biāo)，地理坐標(biāo)為二維坐標(biāo)；每個(gè)授權(quán)節(jié)點(diǎn)的初始工作狀態(tài)隨機(jī)設(shè)置為“0”或“1”，其中“0”表示空閑，“1”表示忙碌；設(shè)置其中的Ma個(gè)授權(quán)節(jié)點(diǎn)處于空閑狀態(tài)，其中0 <Ma<M;步驟12、根據(jù)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的地理坐標(biāo)位置和相互之間的距離關(guān)系建立起Na個(gè)無(wú)向連通子圖，其中Na彡N。。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法， 其特征在于，所述步驟12中建立起Na個(gè)無(wú)向連通子圖的具體方法為判斷兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間的距離是否小于兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)干擾半徑的和，如果是則這兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間有一條邊相連，如果否則這兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間沒(méi)有邊相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法， 其特征在于，所述步驟5選擇一個(gè)授權(quán)信道m(xù)進(jìn)行頻譜分配的具體方法為步驟51、判斷包含授權(quán)信道m(xù)的集合是否為空，如果是，頻譜分配結(jié)束，如果否，則執(zhí)行步驟52 ；步驟52、判斷包含授權(quán)信道m(xù)的所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的已獲得期望收益Bn是否相等，如果否， 按照Bn由小到大的順序?qū)⒄J(rèn)知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，得到關(guān)于授權(quán)信道m(xù)的分配優(yōu)先級(jí)排2序，如果是，則執(zhí)行步驟53;步驟53、判斷干擾期望A是否相等，如果是，將認(rèn)知節(jié)點(diǎn)隨機(jī)進(jìn)行排序，如果否，按照 A由小到大的順序?qū)⒄J(rèn)知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，得到關(guān)于授權(quán)信道m(xù)的分配優(yōu)先級(jí)排序； 步驟M、將授權(quán)信道m(xù)分配給優(yōu)先級(jí)最高的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η'，將認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η'從優(yōu)先級(jí)排序列表中去除，并給所有鄰居節(jié)點(diǎn)更新信息，將認(rèn)知節(jié)點(diǎn)η'和其鄰居節(jié)點(diǎn)將授權(quán)信道m(xù)分別從各自對(duì)應(yīng)的可用頻譜列表中去除，得到包含授權(quán)信道m(xù)的新的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)集合；然后返回執(zhí)行步驟51。
全文摘要
認(rèn)知無(wú)線電中基于授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換的頻譜分配方法，涉及通信系統(tǒng)中認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)中的頻譜分配技術(shù)。為了解決傳統(tǒng)的頻譜分配方法沒(méi)有考慮下一頻譜分配周期前授權(quán)用戶工作狀態(tài)切換問(wèn)題，導(dǎo)致分配結(jié)果的系統(tǒng)總效用和公平性差的問(wèn)題。該方法的具體過(guò)程為建立Na個(gè)連通子圖；判斷是否有子圖沒(méi)有進(jìn)行頻譜分配，如果是則進(jìn)行步驟3，如果否則頻譜分配完成；選擇一個(gè)子圖i，判斷是否是孤立節(jié)點(diǎn)，如果是按可用頻譜列表進(jìn)行頻譜分配，如果否計(jì)算和Bn；子圖i的所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行信息交互；判斷子圖i是否有可用信道，如果是選擇一個(gè)授權(quán)信道m(xù)進(jìn)行頻譜分配，分配完成后繼續(xù)判斷子圖i是否有可用信道，如果否子圖i的頻譜分配完成，返回步驟2。用于通信領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04W16/10GK102572850SQ20121008449
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者張中兆, 張琪, 殷聰, 王垚, 譚學(xué)治, 馬琳 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)