一种认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法技术

本发明专利技术给出一种认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，是一种基于博弈论和二分最优匹配的认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，该方法在多用户多信道的认知无线电网络感知过程中，每个感知用户计算和选择其中较小的消耗指数，减小信息传输过程中的传输时延以及能量消耗；利用二分最优匹配算法优化信道选择。本发明专利技术方法能够有效提升认知无线电网通信质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线电感知网络频谱优化方法，主要采用非协作博弈论算法和最 优二分匹配算法来优化在多感知用户多信道进行数据传输时，对感知用户的平均时延以及 平均能量消耗，属于无线电通信
与博弈论的交叉技术应用领域。
技术介绍
认知无线电（CR，cognitive radio)是一种能够发现并伺机利用授权系统在时间、 空间上的空闲频段的智能通信系统，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信 息，以感知和利用该空间内的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。 非合作博弈论是指策略环境下，非合作的框架把所有的人的行动都当成是个别行 动，也就是说在一个策略组合中，所有的参与者面临这样的一种情况，当其他人改变策略 时，他此时的策略是最好的。也就是说，此时如果他改变策略，他的获益将会降低。它主要 强调一个人进行自主的决策，而与这个策略环境中其他人无关。通常也就是我们字面上博 弈的意思。纳什均衡，指的是参与人的这样一种策略组合，在该策略组合上，任何参与人单 独改变策略都不会得到好处。换句话说，如果在一个策略组合上，当所有其他人都不改变策 略时，没有人会改变自己的策略，则该策略组合就是一个纳什均衡。 目前的感知无线电技术在多感知用户感知时，存在明显的频谱利用不充分，造成 传输效率下降。本专利技术设计了一种基于非合作博弈论以及最优二分匹配算法的频谱感知优 化方法，在各感知用户各自没有联系的情况下，利用非合作博弈论理论进行传输控制，来提 高频谱的利用率，达到提高通信质量的目的。
技术实现思路
技术问题：在认知无线电网络中，无线电中的有限的信道数量，次要用户数量的增 加，以及数据传输量的增加对次要用户的数据传输带来了巨大的挑战，在多次要用户，信道 数量有限的时候，并且保证主用户的通信不受影响，如何优化数据传输方案，使得感知用户 平均数据传输能量消耗少，传输时延短，是当前认知无线电数据传输协同分配的问题之一。 本专利技术的目标是提供一种基于非协作博弈论算法和最优二分匹配算法的认知无线电网络 多用户多信道频谱感知优化方法，优化上述问题。 技术方案：本专利技术所述的认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，每个 感知用户会先感知其对每一个未被主用户占领的信道的传输时隙以及能量消耗，并且每个 用户根据感知情况，选取最利于自己的信道作为传输信道（具体为该感知用户使用信道传 输时对应消耗指数最小），对所有感知用户所选的传输信道，根据非合作博弈论，此时的用 户对信道选择情况则会形成一个相对稳定的纳什均衡，在信道选择时候利用最优二分匹配 算法算法，使得信道分配得到最优的匹配，从而减少感知用户平均能量消耗，提高传输时 延，最终达到提高频谱传输质量的目的。 本专利技术提出的将多用户多信道的频谱感知分为感知过程、博弈过程、分配过程、传 输过程四个过程，该方法包括以下步骤： 步骤1 :每个感知用户向每个未被主用户占领的信道传输一个较小数据同时对该 信道进行感知，得到此信道传输过程的传输时延Tm和能量消耗Ey传输时延T u包括感知 用户i感知信道j的传输时延，能量消耗Eu包括感知用户i感知信道j的能量消耗； 步骤2 :实施博弈过程，具体步骤如下： 步骤2. 1 :根据上一步的感知过程得到的第i个感知用户向第j个信道感 知过程中传输时延以及能量消耗E w定义第i个感知用户对于第j个信道感知 时候的消耗指数为其两者相对于传输时延和能量消耗Eu的加权相加和，即为： 步骤2. 2 :每个感知用户选择消耗指数最小的信道进行传输，所述选择消耗指数 最小的信道过程使所有感知用户形成一个纳什均衡，每一个感知用户改变选择都会降低自 己的获益以及所有人获益平均期望； 步骤3 :利用二分最优匹配算法计算所有信道与感知用户的最优匹配传输对；步 骤4: 成功交互的感知用户在此信道进行数据传输。 其中：所述利用二分最优匹配算法计算所有信道与感知用户的最优匹配传输对， 具体步骤如下： 步骤3. 1 :建立一张二分图，将所有感知用户加入集合A，将所有信道加入集合B， 所有感知用户与信道建边，感知节点X和信道y之间边权值设置为1/W xy，设置LdP L y为对 应感知节点X和信道y的标记量，Lx初始化为感知用户在步骤2中信道选择的信道对应能 量消耗倒数1/Ww Ly初始化为0,信道匹配标记Match ^刀始化为-1，表明未被匹配； 步骤3. 2 :每个感知节点利用匈牙利算法寻找最大匹配，具体步骤如下： 步骤3. 2. 1 :给每个信道设置一个松弛量Slack，将其设置为inf，所述inf是用户 设置的正无穷值； 步骤3. 2. 2 :当前感知节点以及信道访问标记值vis初始化为假，表示其未被访 问； 步骤3. 2. 3 :寻找增广路，具体步骤如下： 步骤3. 2. 3. 1 :对于当前感知节点，标记其访问标记值vis为真，表示其已被访 问； 步骤3. 2. 3. 2 :对于每个未被访问的信道，设一个增广标记量t，具体计算增广 标记量t为感知节点标记量Lx和信道标记量L y和减去其消耗指数的倒数1/W xy，即t = Lx+Ly-1/Wxjt，进入步骤3. 2. 3. 3,否则跳到步骤3. 3 ; 步骤3. 2. 3. 3 :对于当前信道，标记其访问标记值vis为真； 步骤3. 2. 3. 4 :如果当前信道未被配对，即信道的配对标记值Matchy为-1时，重新 进入步骤3. 2. 3判断与当前信道配对的感知用户依然存在增广路，返回当前存在增广路， 并且当前信道与当前感知用户配对，信道y的匹配标记值Match y设置为当前感知用户X，即 Matchy= x ； 步骤3. 2. 4 :当增广标记量t不等于0并且增广标记量小于信道松弛量，即当前信 道Slock > t时，信道松弛量等于增广标记量，即当前信道松弛量Slock = t ; 步骤3. 2. 5 :如果判断当前感知用户不存在增广路，则跳到步骤3. 3 ; 步骤3. 2. 6 :寻找未被标记的节点中，所有信道松弛量最小的Slock为最小信道松 弛量 minSlock ; 步骤3. 2. 7 :对每个已访问过的感知用户，即访问标记值vis为真的感知用户，将 其感知用户标记量Lx减去minSlock，即L x= L x_minSlock ; 步骤3. 2. 8:对每个已访问过信道，将其感知用户标记量加上最小信道松 弛量 minSlock，即 Ly= L y+minSlock，否则其松弛量减去 minSlock，即 Slocky = Slocky-minSlock，重新跳回步骤3. 2. 3继续寻找增广路； 步骤3. 3 :对于每个已配对的信道，其信道匹配标记值Matchi即为与其配对的感 知用户，将这些感知用户和信道进行交互，即建立传输链接。 有益效果：本专利技术对在对多用户感知多信道进行传输的时候，使用了非合作博弈 论算法以及最优二分匹配算法进行用户与信道的匹配解决方案，优化了在感知用户使用信 道进行信息传输的时候，所有传输的平均传输时延以及能量消耗，有效提升了感知无线电 网络的通信质量，本专利技术所述的改进方法具体有如下的有益效果： (1)采用非合作博弈论算法，对感知用户对于信息传输时的信道选择过程，通过建 立本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，其特征在于该方法将多用户多信道的频谱感知分为感知过程、博弈过程、分配过程、传输过程四个过程，具体包括以下步骤：步骤1：每个感知用户向每个未被主用户占领的信道传输一个较小数据同时对该信道进行感知，得到此信道传输过程的传输时延Tij，和能量消耗Eij；传输时延Tij包括感知用户i感知信道j的传输时延，能量消耗Eij包括感知用户i感知信道j的能量消耗；步骤2：实施博弈过程，具体步骤如下：步骤2.1：根据上一步的感知过程得到的第i个感知用户向第j个信道感知过程中传输时延Tij以及能量消耗Eij，定义第i个感知用户对于第j个信道感知时候的消耗指数为其两者相对于传输时延Tij和能量消耗Eij的加权相加和，即为：所述c为感知用户的总数量；步骤2.2：每个感知用户选择消耗指数最小的信道进行传输，所述选择消耗指数最小的信道过程使所有感知用户形成一个纳什均衡，每一个感知用户改变选择都会降低自己的获益以及所有人获益平均期望；步骤3：利用二分最优匹配算法计算所有信道与感知用户的最优匹配传输对；步骤4：成功交互的感知用户在此信道进行数据传输。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳文静，蒲昱，陈志，刘敏，陆海亚，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32