一种用于频谱分配的优化的方法及设备技术

本申请的目的是提供一种用于频谱分配的优化的方法及设备，本申请通过确定无线网络中工作在频段上的链路的信号干扰噪声比，根据所述信号干扰噪声比及成功解码阈值确定所述频段上的链路容量；根据所述链路的传输机会及所述频段上的链路容量确定所述链路的最大可维持数据速率；进而根据最大可维持数据速率来确定所述数据流的端到端吞吐量，以确定所述无线网络的网络吞吐量；根据所述无线网络中链路的频谱分配情况确定所述无线网络的频谱利用率；根据频谱利用率和网络吞吐量构建多目标频谱分配问题，对所述多目标频谱分配问题通过非支配排序遗传算法进行优化。可以实现最大允许的网络吐量，提高频谱利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于频谱分配的优化的方法及设备
本申请涉及通信网络领域，尤其涉及一种用于频谱分配的优化的方法及设备。
技术介绍
物联网是一个包含基于标准通信协议且独立可寻址的互联设备的全球网络，它允许人们随时随地与任何人和任何设备进行连接，并合理使用链路、网络和服务。在网络中，所有设备都必须交换信息，而在大多数情况下会使用无线的方式进行通信。因此，物联网中设备数量的剧增自然会增加对频谱资源的需求，而物联网的快速发展对无线通信网络中原本就匮乏的频谱资源的需求更加迫切。通常来说，大多数频谱已经被分配给了特定的无线电服务，即这些服务都运行在指定的频段内。最近研究表明，这种固定的频谱分配策略已经导致了对频谱的低效率及不平衡利用。认知无线电作为改善频谱利用率最具潜力的技术，在过去几年已经引起了人们极大的关注。认知无线电允许非授权用户(也叫次用户)在不对授权用户(也叫主用户)造成过大干扰的前提下，动态接入主用户使用的授权频段，这样可以充分利用频谱资源。因此，将认知无线电技术应用于物联网中可以有效缓解频谱稀缺问题并获得较高的频谱效率和网络性能，这对物联网的发展大有裨益。基于认知无线电的物联网需要其设备针对频段有智能决策的能力，且能够根据当前网络环境做出相应的行为，因此需要考虑基于认知无线电的物联网中的频谱分配问题。假设在该网络中，存在一些并行传输的端到端多跳数据流，数据从源通信节点依次通过网络中若干通信节点的传递到达目的通信节点，组成了一条路由选择通路。在路由选择通路中，每次节点间进行的数据传输组成了一条链路。为了保障数据流能够稳定传输，需要选择合适的频段分配给链路。一方面，为了追求物联网中的“全互联”模式，优化频谱分配时的目标应当集中在最大化数据流的数据率。另一方面，为了充分发挥认知无线电技术的优势，优秀的频谱分配策略应当关注可分配频段的高效利用。因此，在分配频谱时考虑多目标优化问题是及其重要且不可或缺的。在频谱分配策略上，由于以下原因，解决该问题变得具有挑战性。在这样的多跳认知无线电网络场景中，频谱分配应该考虑比单跳场景中更多的影响因素。对于组成流的路由路径的所有链路，应该允许有效的端到端吞吐量。这意味着任何链路的容量变化都可能会影响整个路径的吞吐量。此外，链路传输不仅受到分配频段的干扰，还受网络资源竞争的影响。多目标频谱分配策略伴随着较高的计算复杂度，因此应当探索有效的算法以在所有情况下都能实现最佳结果。
技术实现思路
本申请的一个目的是提供一种用于频谱资源分配的方法及设备，实现最大允许的端到端吞吐量，并最大限度地提高频谱利用率，使用低复杂度的启发式算法来寻找问题的最优解。根据本申请的一个方面，提供了一种用于频谱分配的优化方法，其中，所述方法包括：确定无线网络中工作在频段上的链路的信号干扰噪声比，根据所述信号干扰噪声比及成功解码阈值确定所述频段上的链路容量；根据所述链路的传输机会及所述频段上的链路容量确定所述链路的最大可维持数据速率；根据端到端多跳数据流通过的路由选择通路上每个链路的最大可维持数据速率，以确定所述多跳数据流的端到端吞吐量；根据所述无线网络中每个多跳数据流的端到端吞吐量确定所述无线网络的网络吞吐量；根据所述无线网络中链路的频谱分配情况确定所述无线网络的频谱利用率；根据所述无线网络的频谱利用率和所述网络吞吐量构建多目标频谱分配问题，对所述多目标频谱分配问题通过非支配排序遗传算法进行优化。进一步地，确定无线网络中工作在频段上的链路的信号干扰噪声比，包括：根据所述链路的发送节点的传输功率、所述发送节点及所述链路的接收节点之间的信道增益、所述链路的路径损耗信息及热噪声，确定工作在频段上的链路的信号干扰噪声比。进一步地，根据所述信号干扰噪声比及成功解码阈值确定所述频段上的链路容量，包括：判断所述信号干扰噪声比是否大于等于成功解码阈值，若是，则根据所述信号干扰噪声比及所述频段的频谱带宽确定所述频段上的链路容量。进一步地，根据所述链路的传输机会及所述频段上的链路容量确定所述链路的最大可维持数据速率之前，包括：确定所述链路的第一链路集合及第二链路集合，其中，所述第一链路集合包括以所述链路的发射节点作为共享节点的所有链路的集合，所述第二链路集合包括以所述链路的接收节点作为共享节点的所有链路的集合；确定第一链路集合中的每一链路的传输机会，以及所述第二集合中的每一链路的传输机会；选取所述链路在所述第一链路集合中的传输机会以及所述第二集合中的传输机会中的最小值作为所述链路的传输机会。进一步地，所述链路的最大可维持数据速率满足如下公式：其中，f表示在所述链路上发送的数据流，表示所述链路在所述频段上发送数据流f的数据时链路的最大可维持数据速率，Tij表示所述链路的传输机会，Cij(m)表示所述频段上的链路容量，i表示所述链路的发射节点，j表示所述链路的接收节点。进一步地，根据所述网络中每个端到端多跳数据流的端到端吞吐量，以确定所述网络的吞吐量，包括：选取所述的网络中所有端到端多跳数据流的端到端吞吐量之和作为所述网络的网络吞吐量。进一步地，根据端到端多跳数据流通过的路由选择通路上每个链路的最大可维持数据速率，以确定所述多跳数据流的端到端吞吐量，包括：选取所述端到端多跳数据流的路由选择通路中每一链路的最大可维持数据速率中的最小值作为所述端到端吞吐量。进一步地，根据所述无线网络中链路的频谱分配情况确定所述无线网络的频谱利用率，包括：根据所述无线网络中链路的总数与分配给所述链路的频段总数的比值作为所述无线网络的频谱利用率。进一步地，根据所述无线网络的频谱利用率和所述网络吞吐量构建多目标频谱分配问题，包括：根据所述无线网络的最大频谱利用率和最大网络吞吐量构建多目标频谱分配问题。进一步地，对所述多目标频谱分配问题通过非支配排序遗传算法进行优化，包括：将所述无线网络中链路的数量作为非支配排序遗传算法中的列表的大小；将所述列表中的每一元素对应所述无线网络中一个链路，且所述元素的值为分配给所述链路的频段的序列号；将所述列表映射至所述非支配排序遗传算法中的染色体，进行所述多目标频谱分配问题的优化。根据本申请又一个方面，还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现前述所述的方法。根据本申请另一个方面，还提供了一种用于频谱分配的优化的设备，所述设备包括：一个或多个处理器；以及存储有计算机可读指令的存储器，所述计算机可读指令在被执行时使所述处理器执行如前述所述方法的操作。与现有技术相比，本申请通过确定无线网络中工作在频段上的链路的信号干扰噪声比，根据所述信号干扰噪声比及成功解码阈值确定所述频段上的链路容量；根据所述链路的传输机会及所述频段上的链路容量确定所述链路的最大可维持数据速率；根据所述端到端多跳数据流通过的路由选择通路上每个链路的最大可维持数据速率来确定所述数据流的端到端吞吐量；根据所述无线网络中每个多跳数据流的端到端吞吐量确定所述无线网络的网络吞吐量；根据所述无线网络中链路的频谱分配情况确定所述无线网络的频谱利用率；根据频谱利用率和网络吞吐量构建多目标频谱分配问题，对所述多目标频谱分配问题通过非支配排序遗传算法进行优化。考虑了基于多跳认知无线电的物联网中的频谱分配问题，并将链路看作频谱分配和多跳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于频谱分配的优化的方法，其中，所述方法包括：确定无线网络中工作在频段上的链路的信号干扰噪声比，根据所述信号干扰噪声比及成功解码阈值确定所述频段上的链路容量；根据所述链路的传输机会及所述频段上的链路容量确定所述链路的最大可维持数据速率；根据端到端多跳数据流通过的路由选择通路上每个链路的最大可维持数据速率，以确定所述多跳数据流的端到端吞吐量；根据所述无线网络中每个多跳数据流的端到端吞吐量确定所述无线网络的网络吞吐量；根据所述无线网络中链路的频谱分配情况确定所述无线网络的频谱利用率；根据所述无线网络的频谱利用率及所述网络吞吐量构建多目标频谱分配问题，对所述多目标频谱分配问题通过非支配排序遗传算法进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种用于频谱分配的优化的方法，其中，所述方法包括：确定无线网络中工作在频段上的链路的信号干扰噪声比，根据所述信号干扰噪声比及成功解码阈值确定所述频段上的链路容量；根据所述链路的传输机会及所述频段上的链路容量确定所述链路的最大可维持数据速率；根据端到端多跳数据流通过的路由选择通路上每个链路的最大可维持数据速率，以确定所述多跳数据流的端到端吞吐量；根据所述无线网络中每个多跳数据流的端到端吞吐量确定所述无线网络的网络吞吐量；根据所述无线网络中链路的频谱分配情况确定所述无线网络的频谱利用率；根据所述无线网络的频谱利用率及所述网络吞吐量构建多目标频谱分配问题，对所述多目标频谱分配问题通过非支配排序遗传算法进行优化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定无线网络中工作在频段上的链路的信号干扰噪声比，包括：根据所述链路的发送节点的传输功率、所述发送节点及所述链路的接收节点之间的信道增益、所述链路的路径损耗信息及热噪声，确定工作在频段上的链路的信号干扰噪声比。3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述信号干扰噪声比及成功解码阈值确定所述频段上的链路容量，包括：判断所述信号干扰噪声比是否大于等于成功解码阈值，若是，则根据所述信号干扰噪声比及所述频段的频谱带宽确定所述频段上的链路容量。4.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述链路的传输机会及所述频段上的链路容量确定所述链路的最大可维持数据速率之前，包括：确定所述链路的第一链路集合及第二链路集合，其中，所述第一链路集合包括以所述链路的发射节点作为共享节点的所有链路的集合，所述第二链路集合包括以所述链路的接收节点作为共享节点的所有链路的集合；确定第一链路集合中的每一链路的传输机会，以及所述第二集合中的每一链路的传输机会；选取所述链路在所述第一链路集合中的传输机会以及所述第二集合中的传输机会中的最小值作为所述链路的传输机会。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述链路的最大可维持数据速率满足如下公式：其中，f表示在所述链路上发...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩韧，高阳，杨晖，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31