一种基于代币的认知无线网络业务带宽分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种认知无线网络的业务带宽分配方法，用于解决空闲信道在多个次用户之间的分配问题，首先由管理单元通过协作频谱感知获得的空闲信道构成可用业务带宽，并将各次用户对频谱感知的贡献量化为代币，然后由管理单元组织频谱拍卖，各次用户用代币竞拍，鼓励各次用户组成联合参与竞争。本发明专利技术提供的方法通过使用代币可以保证业务带宽分配的公平性，对网络贡献大的次用户拥有的代币更多，在竞争中更具优势，即使代币少的次用户通过累积也有机会获得业务带宽，所有次用户有动机形成联合参与竞争，激励了各次用户参与合作，节省了处理时间。

Token based cognitive radio network service bandwidth allocation method

The invention discloses a method for bandwidth allocation of cognitive wireless network, is used to solve the idle channel allocation among multiple secondary users, first by the idle channel management unit through the cooperative spectrum sensing for a available bandwidth, and the quantitative contribution of each user perception of the frequency spectrum for tokens, and then by the organization the management unit of spectrum auctions, each user with a token auction, encourage each secondary user coalition to participate in the competition. The invention provides a method by using tokens can ensure the fairness of bandwidth allocation, the network with large secondary users has contributed more and more advantage in the competition, even if the user through the accumulation of less tokens also have access to bandwidth, all secondary users have the motivation to form a joint participation in the competition, the incentive user participation and cooperation, saves processing time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线网络通信
，特别是一种基于代币的认知无线网络业务带宽分配方法。
技术介绍
认知无线电(CR:CognitiveRadio)是一种能提高频谱利用率的新技术。在认知无线网络中，合理的业务带宽分配方法是确保其高效运行的关键。在Overlay认知无线网络中，次用户需要首先感知主用户在其授权信道上的行为，以获取频谱使用机会。鉴于单个次用户独立执行频谱感知易受阴影和衰落等效应的影响，通常采用多个次用户协作感知来提高频谱感知的检测性能，即在认知无线网络中配置一个融合管理中心(FusionManagementCenter,FMC)，收集所有参与协作感知的次用户独立检测结果，依据特定的融合准则执行感知判决，最终生成一张当前时段的空闲信道列表。次用户试图接入空闲信道传输数据，但怎样在各次用户之间分配空闲信道是认知无线网络面临的重要问题之一。为了合理分配信道资源，提高频谱利用率，大量学者对其进行了广泛研究，如构建一种频谱共享博弈模型，采用分布式频谱分配策略，以满足各用户的QoS需求；采用基于遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)、量子遗传算法(QuantumGeneticAlgorithm,QGA)或粒子群优化算法(ParticleSwarmOptimization,PSO)的频谱分配策略，基于信道可用性矩阵的特征和干扰约束，将信道分配矩阵映射为GA、QGA算法的染色体或PSO算法的粒子位置；依据信道统计信息对信道是否空闲做出评估，次用户按照预定的带宽和功率接入信道；定价是一种常用的经济学手段，特别是当卖方已知资源的准确价值时，针对包含少数频谱提供者和一个消费者的应用场景，将其构建为一个Bertrand模型，分析频谱可置换性和信道质量对纳什均衡的影响，采用分布式算法求解动态博弈解；在卖方仅已知买方部分信息场合，契约是更有效的方式，依据频谱质量-价格契约分配频谱是一种较好的方法；拍卖机制在卖方未知买方关于资源估值的前提下也是适合的手段之一。以上方法存在的不足之处在于：第一，未考虑各次用户对协作频谱感知的贡献，缺乏公平性；第二，未考虑次用户的自私性，次用户缺乏参与协作频谱感知的动机；第三，为了实现最优的业务带宽分配，需要全网络细节信息，会增加次用户通信设备的复杂度；第四，次用户之间沟通少，频谱分配缺乏灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于代币的认知无线网络业务带宽分配方法，解决了空闲频谱在多个次用户之间的分配问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的一种基于代币的认知无线网络业务带宽分配方法，所述认知无线网络包括N个次用户，1个管理单元和1条公共信道，另有M条潜在业务信道，所述次用户SUn在轮次t选择1条潜在业务信道m执行频谱感知，获得该信道的本地可用状态Anm(t)和检测概率pnm(t)，其中Anm(t)＝1表示可用，Anm(t)＝0表示不可用，n＝1,…,N表示次用户编号，m＝1,…,M表示潜在业务信道编号；t＝1,…表示轮次编号，所述轮次t表示第t个感知-传输时间周期；所述管理单元一方面利用公共信道收集所有次用户执行频谱感知获得的潜在业务信道的可用状态和检测概率，采用特定的准则，融合并判决所有潜在业务信道的全局可用状态Am(t)，其中m＝1,…,M，Am(t)＝1表示潜在业务信道m全局可用，Am(t)＝0表示m全局不可用，所有判决为全局可用的业务信道构成本轮次的可用业务带宽B，另一方面管理并分配可用业务带宽，计算和管理各个次用户拥有的代币，并利用公共信道交互业务带宽分配的相关信息，其特征在于：包括以下步骤：S1：管理单元启动本轮次业务带宽分配，通过公共信道向所有次用户下发本轮次总的可用业务带宽B，将其作为商品拍卖；S2：次用户SUn通过公共信道向管理单元报告本轮次的业务带宽需求wn(t),n＝1,…,N；S3：管理单元通过公共信道向各个次用户下发其它次用户本轮次的带宽需求wn(t)和当前代币储备并要求次用户形成联合；S4：次用户执行联合形成算法形成联合Sk(t),k＝1,…,K，其中K表示形成的总联合数；S5：联合Sk(t),k＝1,…,K通过公共信道向管理单元报告联合内次用户编号；S6：管理单元计算各联合获得频谱资源的优先度，p(Sk(t))＝ak(t)/∑kak(t)，并对优先度做降序排列，构成联合优先度排序表，其中为联合Sk(t)内次用户当前总的代币储备，Nk为联合Sk(t)内的次用户数；S7：依据联合优先度排序表顺次为联合分配业务带宽，直到本轮次可用业务带宽B分配完毕，有K(t)个联合获得了所需要的业务带宽，K(t)≤K；S8：管理单元向获得了业务带宽的联合Sk(t),k＝1,…,K(t)收取代币bk(t)＝ak(t)，完成本轮次频谱分配。进一步，所述次用户SUn拥有的代币表示该次用户对频谱感知的贡献，由管理单元按照以下方法计算并管理：an(t)＝100×∑m[1-H(pnm(t))]/cm(t)，其中，an(t)表示次用户SUn执行第t轮频谱感知得到的代币；H(pnm(t))表示次用户SUn执行第t轮次频谱感知的检测概率pnm(t)对应的信息熵；cm(t)表示在第t轮次频谱感知中该次用户选择的信道数；次用户SUn当前代币储备为：其中，∑t＝1an(t)表示次用户SUn各轮次获得的总代币；∑t＝1bn(t-1)表示次用户SUn在本轮次之前被管理单元收取的总代币。进一步，所述联合形成算法基于聚合-分割准则设计，包括以下步骤：S31：管理单元根据各个次用户本轮次带宽需求wn(t)和当前代币储备计算单位带宽代币率指定单位带宽代币率最大的次用户作为联合形成的联合头S32：联合头按照一定顺序邀请次用户加入联合Sk(t)，如果邀请被拒绝，接着邀请下一个次用户；如果邀请被接受，计算此时该联合的总带宽需求S33：当联合Sk(t)的总带宽需求或已无可以加入该联合的次用户时，以联合头为核心的联合形成过程结束；S34：管理单元再在剩余的次用户中指定单位带宽代币率最大的次用户作为下一个联合形成的联合头，重复执行S32、S33，直到所有次用户都做出过决定，要么充当过联合头，要么受到过邀请，联合形成算法终止，得到本轮次形成的联合Sk(t),k＝1,…,K。进一步，次用户SUn是否接受邀请加入联合Sk(t)，通过不可转移效用(NTU)的联盟博弈(Nk,v(Sk(t)))确定，其中v(Sk(t))为具有特征形式的联合值，定义为：其中，其中，p(Sk(t))＝ak(t)/∑kak(t)为联合Sk(t)获得频谱资源的优先度，用表示次用户SUn单独参与竞争获得频谱资源的优先度，如果pn(t)≤pn(Sk(t))和接受邀请，否则，如果pn(t)>pn(Sk(t))或拒绝邀请。进一步，联合头邀请次用户的顺序和联盟博弈(Nk,v(Sk(t)))依据帕累托(Pareto)准则确定并求解其最大联合值。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：1、使用代币可在一定程度上保证业务带宽分配的公平性，对网络贡献大的次用户能拥有更多的代币，在竞争中更具优势。2、不同于第一价格拍卖或第二价格拍卖，即使是代币少的用户通过累积也有机会获得业务带宽，所有次用户有动机形成联合参与竞争。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于代币的认知无线网络业务带宽分配方法，所述认知无线网络包括N个次用户，1个管理单元和1条公共信道，以及M条潜在业务信道，所述次用户SUn在轮次t选择1条潜在业务信道m执行频谱感知，获得业务信道m的本地可用状态Anm(t)和检测概率pnm(t)，其中，Anm(t)＝1表示可用，Anm(t)＝0表示不可用，n＝1,…,N表示次用户编号，m＝1,…,M表示潜在业务信道编号；t＝1,…表示轮次编号，所述轮次t表示第t个感知‑传输时间周期；所述管理单元通过公共信道收集所有次用户执行频谱感知获得的潜在业务信道的可用状态和检测概率，并融合判决所有潜在业务信道的全局可用状态Am(t),m＝1,…,M，其中，Am(t)＝1表示潜在业务信道m全局可用，Am(t)＝0表示m全局不可用，所有判决为全局可用的业务信道构成本轮次的可用业务带宽B；同时所述管理单元还管理分配可用业务带宽，计算和管理各个次用户拥有的代币，并利用公共信道交互业务带宽分配的相关信息，其特征在于：包括以下步骤：S1：管理单元启动本轮次业务带宽分配，通过公共信道向所有次用户下发本轮次总的可用业务带宽B，将其作为商品拍卖；S2：次用户SUn通过公共信道向管理单元报告本轮次的业务带宽需求wn(t),n＝1,…,N；S3：管理单元通过公共信道向各个次用户下发其它次用户本轮次的带宽需求wn(t)和当前代币储备并要求次用户形成联合；S4：次用户执行联合形成算法形成联合Sk(t),k＝1,…,K，其中，K表示形成的总联合数；S5：联合Sk(t),k＝1,…,K通过公共信道向管理单元报告联合内次用户编号；S6：管理单元按照以下公式计算各联合获得频谱资源的优先度，并对优先度做降序排列，构成联合优先度排序表：p(Sk(t))＝ak(t)/∑kak(t)；其中，为联合Sk(t)内次用户当前总的代币储备，Nk为联合Sk(t)内的次用户数；S7：依据联合优先度排序表顺次为联合分配业务带宽，直到本轮次可用业务带宽B分配完毕，有K(t)个联合获得所需要的业务带宽，K(t)≤K；S8：管理单元向获得了业务带宽的联合Sk(t),k＝1,…,K(t)收取代币bk(t)＝ak(t)，完成本轮次频谱分配。...

【技术特征摘要】
1.一种基于代币的认知无线网络业务带宽分配方法，所述认知无线网络包括N个次用户，1个管理单元和1条公共信道，以及M条潜在业务信道，所述次用户SUn在轮次t选择1条潜在业务信道m执行频谱感知，获得业务信道m的本地可用状态Anm(t)和检测概率pnm(t)，其中，Anm(t)＝1表示可用，Anm(t)＝0表示不可用，n＝1,…,N表示次用户编号，m＝1,…,M表示潜在业务信道编号；t＝1,…表示轮次编号，所述轮次t表示第t个感知-传输时间周期；所述管理单元通过公共信道收集所有次用户执行频谱感知获得的潜在业务信道的可用状态和检测概率，并融合判决所有潜在业务信道的全局可用状态Am(t),m＝1,…,M，其中，Am(t)＝1表示潜在业务信道m全局可用，Am(t)＝0表示m全局不可用，所有判决为全局可用的业务信道构成本轮次的可用业务带宽B；同时所述管理单元还管理分配可用业务带宽，计算和管理各个次用户拥有的代币，并利用公共信道交互业务带宽分配的相关信息，其特征在于：包括以下步骤：S1：管理单元启动本轮次业务带宽分配，通过公共信道向所有次用户下发本轮次总的可用业务带宽B，将其作为商品拍卖；S2：次用户SUn通过公共信道向管理单元报告本轮次的业务带宽需求wn(t),n＝1,…,N；S3：管理单元通过公共信道向各个次用户下发其它次用户本轮次的带宽需求wn(t)和当前代币储备并要求次用户形成联合；S4：次用户执行联合形成算法形成联合Sk(t),k＝1,…,K，其中，K表示形成的总联合数；S5：联合Sk(t),k＝1,…,K通过公共信道向管理单元报告联合内次用户编号；S6：管理单元按照以下公式计算各联合获得频谱资源的优先度，并对优先度做降序排列，构成联合优先度排序表：p(Sk(t))＝ak(t)/∑kak(t)；其中，为联合Sk(t)内次用户当前总的代币储备，Nk为联合Sk(t)内的次用户数；S7：依据联合优先度排序表顺次为联合分配业务带宽，直到本轮次可用业务带宽B分配完毕，有K(t)个联合获得所需要的业务带宽，K(t)≤K；S8：管理单元向获得了业务带宽的联合Sk(t),k＝1,…,K(t)收取代币bk(t)＝ak(t)，完成本轮次频谱分配。2.如权利要求1所述的基于代币的认知无线网络业务带宽分配方法，其特征在于：所述次用户SUn拥有的代币表示该次用户对频谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文江，姜文浩，刘国岭，代才莉，张博为，应腾达，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50