一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法。首先要将信道访问顺序转化为粒子位置，将信道序号编码成离散二进制[0,1]序列后进行纠正编码。然后引入倒“S”型函数改进惯性权重递减更新方式来改进粒子速度更新方法，引入“V”型函数更新粒子位置，将累积时延和信道容量作为目标函数，根据Pareto支配的定义，确定非支配解并加入到外部集中。使用自适应网格从外部集中选择全局最优解并对其进行基于改进Tent映射的混沌优化。当达到最大迭代次数，输出外部集里的解，每个解均对应一种目标信道访问顺序，这些解都是Pareto最优解。本发明专利技术复杂度较低，帮助算法收敛，有效跳出局部最优解。

A target channel access method based on improved multi-objective chaotic PSO optimization

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法
本专利技术属于无线通信中认知无线电领域，特别涉及一种利用结合混沌运动的多目标PSO优化的累积时延和信道容量联合优化的目标信道访问中目标信道访问方法。
技术介绍
无线通信技术的高速发展及传统的静态频谱分配方式，导致的频谱利用率低下问题，频谱资源愈发紧张。美国加州大学伯克利分校通过频谱测量发现，当地3GHz以下频段占用率为70％，3～4GHz频段利用率为0.5％，4～5GHz频段仅为0.3％。认知无线电(CognitiveRadio，CR)，即动态频谱接入(DynamicSpectrumAccess,DSA)，能够使次要用户(SecondaryUser，SU)在不断变化的频谱环境中感知频谱空洞并利用，是一种自主、高效、动态的频谱使用方法，极大地提高了频谱利用率。本专利技术针对是其中频谱切换技术的，即当次要用户(SecondaryUser,SU)正在占用某一信道时，因信道性能不佳或主用户(PrimaryUser,PU)到来被迫离开当前信道并感知频谱空洞、接入新的信道以保证次要用户通信连续性的过程。目标信道作为用户切换的目标，其性能将极大地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1、建立频谱切换优化模型；步骤2、建立频谱切换中目标信道访问机制，得到该种机制下信道空闲时间服从瑞利分布时，切换时延和信道容量函数公式，并设计目标函数；步骤3、编码及初始化，利用目标信道访问次序对粒子位置x编码，并初始化各种参数，将粒子当前位置作为粒子的个体最优解p，计算每个粒子的目标函数值E[D]和‑E[C],确定非支配解加入到外部集Archive中，利用自适应网格选择密度最小的粒子作为全局最优解g；步骤4、以改进的速度和位置更新公式更新个体速度v和位置x，计算每个粒子的目标函数值，即切换时延和信道容量...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1、建立频谱切换优化模型；步骤2、建立频谱切换中目标信道访问机制，得到该种机制下信道空闲时间服从瑞利分布时，切换时延和信道容量函数公式，并设计目标函数；步骤3、编码及初始化，利用目标信道访问次序对粒子位置x编码，并初始化各种参数，将粒子当前位置作为粒子的个体最优解p，计算每个粒子的目标函数值E[D]和-E[C],确定非支配解加入到外部集Archive中，利用自适应网格选择密度最小的粒子作为全局最优解g；步骤4、以改进的速度和位置更新公式更新个体速度v和位置x，计算每个粒子的目标函数值，即切换时延和信道容量；步骤5、更新个体最优值p，确定非支配解，更新外部集Archive和全局最优解g；步骤6、将全局最优解g从原解空间映射至混沌空间并通过改进的Tent映射进行混沌迭代，再将解逆映射回原解空间，与原全局最优解g判断支配关系并更新全局最优解g；步骤7、重复步骤4-步骤6，当达到最大迭代次数，输出外部集Archive中的非支配解集(PF前沿)作为结果集。2.根据权利要求1所述的一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法，其特征在于步骤1所述的建立频谱切换优化模型，具体如下：在认知用户感知频谱空洞期间，通信双方将共享频谱空洞信息，从而找到共同的频谱空洞，这些频谱空洞即为目标空闲信道，记为ci,i∈{1,2,3…M}，共M条；这M条目标信道进行将能构成M！种可行解；在确定目标信道访问序列后用户双方将接入信道进行握手，调整参数，所需时间为Tc；若因主用户到来或其他起突发情况导致本次握手失败，则以周期T尝试接入其余目标信道直至成功；当用户双方在某信道握手成功则本次频谱切换成功；反之，当访问完所有目标信道仍然未成功，则本次频谱切换失败。3.根据权利要求2所述的一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法，其特征在于步骤2所述的建立频谱切换中目标信道访问机制，得到该种机制下信道空闲时间服从瑞利分布时，切换时延和信道容量函数公式，并设计目标函数，具体如下：2-1.假设信道空闲时间服从瑞利分布，信道空闲时间概率密度函数为：式中tci表示信道ci,i∈{1,2,3…M}的平均空闲时间；若用户在信道ci进行握手期间有主用户到来或突发情况将导致失败，我们将用户在信道ci上握手失败的概率即为Pi,i∈{1,2,3…M}，则Pi如下：则用户在信道ci上握手成功的概率Pi‘如下：则用户本次频谱切换失败的概率Pf如下：则经过i次握手后成功接入信道ci的概率Ps{r＝i}如下：2-2.切换延时主要有切换成功时握手产生的时延和切换失败时浪费在周期性访问信道的时延，将其合称为累计切换时延，因此切换时延E[D]如下：2-3.假设在网络中的总带宽为B，均分给N个信道，则在频谱切换过程中M条目标信道的带框都是B/N，信道ci的信噪比为根据香农公式，有效信道容量E[C]如下：2-4.建立如下目标函数：其中c*＝[c1，c2，…，cM]∈Ω表示最佳目标信道访问顺序。4.根据权利要求3所述的一种基于改进多目标混沌PSO优化的目标信道访问方法，其特征在于步骤3所述的编码及初始化，利用目标信道访问次序对粒子位置x编码，并初始化各种参数、个体最优解p、全局最优解g和外部集Archive，具体如下：3-1.设目标信道访问序列中有M个信道，则信道编号的集合为Θ＝[0,1,2,…,M-1]；每个信道编号用L＝ceil(log2M)比特来表示，ceil表示向上取整，则每个粒子编码的维数为d＝LM；由于算法中初始化信道序列是随机的，因此可能出现重复的信道，所以需要纠正编码，具体步骤如下：3-1-1.解码：将第i个粒子位置xi＝(xi1,xi2,…,xid)以每L比特进行十进制解码后序列为zi＝(zi1,zi2,…,ziM)；其中zij由xi中的(xi,(j-1)L+1,…,xi,jL)解码求得；3-1-2.将zi与Θ＝[0,1,2,…,M-1]比较，将不同元素置于集合P中3-1-3.zi中出现2个相同元素时，从集合P中选择性能最好的元素λi来替代；3-1-4.更新P＝[Pλi]，并重复3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家晟，赵知劲，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33