一种分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法，包括如下步骤：获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；计算用户的序贯检测次序的期望吞吐量；基于所述用户的序贯检测次序的期望吞吐量更新用户自身的序贯检测次序；用户基于自身更新后的决策选择相应的序贯检测次序进行信道感知，接入空闲信道，并传输数据。本发明专利技术采用基于分布式用户业务数据异构特征而进行分布式学习的系统优化方法，在信道接入方法中引入适当的本地合作机制，提出了一个业务驱动的本地合作分布式学习算法，以本地信息交互的较小代价渐进收敛到全局最优状态，实现了网络系统吞吐量最优化。

A sequential spectrum access decision method for distributed service matching

【技术实现步骤摘要】
一种分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法
本专利技术涉及自组织无线通信网络接入
，具体涉及一种分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法。
技术介绍
当前，5G网络面临的严重的频谱资源紧张问题，采用基于认知无线电的机会频谱接入技术能有效利用空闲频谱资源。在微蜂窝网络研究中采用认知无线电技术，被称为认知微蜂窝网络(CognitiveSmallCell，CSC)。认知微蜂窝具备认知无线电的检测无线电环境，发现可用空闲频谱信道资源，并动态调整接入参数的能力。认知微蜂窝通过使用机会频谱接入技术，按环境条件动态接入更好的频谱，为其终端提供业务传输服务。当前，认知微蜂窝采用机会频谱接入主要分为并行接入机制和序贯接入机制两种。并行接入机制，即本时隙内，用频用户(认知微蜂窝)决策感知接入某个信道。而如果该信道检测结果为忙，则需要在下一个时隙再进行信道感知决策。该并行接入机制较为简单，相应的研究也较多，但存在频谱机会探测不够充分的问题。序贯检测机制，即用频用户决策感知多个信道，直到找到可用信道为止。虽然单用户的序贯检测问题相关研究较为充分，但是，如果在多用户系统中采用序贯检测机制，将带来一系列的挑战。由于系统的复杂性，基于序贯检测机制的自组织多用户序贯检测次序优化决策相关方法较少，且都只是给出了一些多用户序贯检测次序优化的可行方法，并未得出能获取系统最优解的方法。最新研究假定了用户在一个预先定义的、由一个中心协调机制来协调的序贯检测次序拉丁矩阵范围内作出决策。在一个N信道系统中，拉丁矩阵即为一个N*N的循环移位矩阵，保证各个序贯检测次序无重叠。该假定条件较强，大大简化了实际系统中各用频用户的序贯检测决策空间和冲突分析，且限制了系统用户数要不大于系统信道数。更重要的是，基于该假设条件得出的方法虽然中达到了冲突避免的最优系统解，但是，该系统解远不等同于实际吞吐量的系统最优解。在考虑多用户实际异构业务数据时更是需要进一步优化其方法。同时，当前方法普遍忽视了用户的实际业务接入需求，大多数是面向系统容量的优化，而这与系统用户吞吐量之间还存在差异。综上所述，如何实现多用户异构业务数据与其序贯检测次序的最优匹配，进而实现机会频谱资源利用率的进一步提升成为了本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术实际需要解决的问题是：如何实现多用户异构业务数据与其序贯检测次序的最优匹配，进而实现机会频谱资源利用率的进一步提升。本专利技术采用了如下的技术方案：一种分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法，包括如下步骤：S1、获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；S2、计算用户的序贯检测次序的期望吞吐量；S3、基于所述用户的序贯检测次序的期望吞吐量更新用户自身的序贯检测次序；S4、用户基于自身更新后的决策选择相应的序贯检测次序进行信道感知，接入空闲信道，并传输数据。优选地，步骤S1中：所述目标系统包括N个信道及M个用户；SCH＝{1,2,...,N}为机会频谱信道集合，S＝{1,2,...,m,...,M}为用户集合，C＝[C1,C2,...,CN]为信道集合，θ＝[θ1,θ,...,θN]为信道空闲概率向量，为检测概率，为各信道状态检测在对应的检测概率下的虚警概率向量，L＝[L1,L2,...,LM]为各个用户的业务数据向量，Di,j为用户i和用户j之间的相邻关系，Di,j＝1时，用户i和用户j非相邻，Di,j＝0时用户i和用户j相邻，Ψm＝{i∈S:Di,m＝0}为包含CSCm自身的邻居集合；每个周期时隙T包括本地信息交互阶段和学习阶段τl、业务数据传输阶段，以及多个信道选择和检测阶段τs，SCH＝{1,2,...,N}的全排列O，用户CSCm的序贯检测次序为Sm＝(sm1,sm2,...,smN)，然后按所述序贯检测次序序贯检测信道，直到发现空闲信道，并接入所述空闲信道传输数据。优选地，步骤S2包括：S201、定义用户吞吐量：用户CSCm的业务队列为Lm，序贯检测次序为Sm＝(sm1,sm2,...,smN)，该次序中第k个信道smk被正确检测为信道空闲，且业务数据传输无冲突时，则用户CSCm的业务吞吐量为：式中，为信道smk的信道容量；S202、计算用户之间的信道重叠关系：用户CSCm的序贯检测次序为Sm＝(sm1,sm2,...,smN)，CSCm的邻居CSCh的序贯检测次序为Sh＝(sh1,sh2,...,shk,...,shN)，CSCm与CSCh的信道重叠关系函数为δ(smk,shk)＝1时，表示CSCm和CSCh在第k个信道上发生重叠，表示CSCm的邻居中与CSCm的序贯检测次序在第k个信道上发生重叠的用户的集合，表示CSCm的邻居中前i个检测信道中包含CSCm的第i个检测信道smi的用户的集合；S203、计算传输成功率：CSCm在smk上成功传输数据的概率为式中，为CSCm的邻居集合Ψm中的用户没有占用smk的概率，为CSCm的smi信道的虚警概率；S204、计算用户期望吞吐量：式中，为CSCm在smk的期望吞吐量，CSCm对应的序贯检测次序Sm＝(sm1,sm2,...,smN)的期望吞吐量为优选地，步骤S3包括：S301、随机生成初始决策：设置学习步数t＝0；对于任一用户CSCm，从SCH＝{1,2,...,N}的全排列O中等概率地随机选择一个序贯检测次序作为初始决策am，am＝Sm＝(sm1,sm2,...,smN)∈O；S302、基于选择的序贯检测次序Sm＝(sm1,sm2,...,smN)逐次检测信道，并在检测结果为空闲时接入信道传输自己的业务数据Lm，计算吞吐量作为回报值；S303、在时隙模型的τl阶段，相邻用户之间完成信息交互和决策学习，信息交互的内容包括用户自身的决策和回报值；S304、从邻居用户中选择一个决策更新节点，更新节点按如下步骤进行决策更新：计算当前状态下用户自身的决策am的期望效用um(am,a-m)；从用户自身所有可能的决策空间Am中，随机挑选一个决策a'm＝S'm，计算决策a'm下所能获得的期望效用um(a'm,a-m)；根据以下混合策略概率分布来随机决策式中，β为学习参数，β＞0；其他与CSCm相邻的用户保持上一时隙的决策不变：ai(t+1)＝ai(t)；S305、如果用户的决策没有达到连续预设个数的步数内保持不变，则回到步骤S302。优选地，还包括：S5、实时采集目标系统数据，当决策所需的环境信息、本身业务需求或目标系统内其他用户的情况发生变化时，返回执行步骤S2。综上所述，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：5G网络面临的严重的频谱资源紧张问题，采用基于认知无线电的机会频谱接入技术能有效利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；/nS2、计算用户的序贯检测次序的期望吞吐量；/nS3、基于所述用户的序贯检测次序的期望吞吐量更新用户自身的序贯检测次序；/nS4、用户基于自身更新后的决策选择相应的序贯检测次序进行信道感知，接入空闲信道，并传输数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；
S2、计算用户的序贯检测次序的期望吞吐量；
S3、基于所述用户的序贯检测次序的期望吞吐量更新用户自身的序贯检测次序；
S4、用户基于自身更新后的决策选择相应的序贯检测次序进行信道感知，接入空闲信道，并传输数据。


2.如权利要求1所述的分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法，其特征在于，步骤S1中：
所述目标系统包括N个信道及M个用户；
SCH＝{1,2,...,N}为机会频谱信道集合，S＝{1,2,...,m,...,M}为用户集合，C＝[C1,C2,...,CN]为信道集合，θ＝[θ1,θ,...,θN]为信道空闲概率向量，为检测概率，为各信道状态检测在对应的检测概率下的虚警概率向量，L＝[L1,L2,...,LM]为各个用户的业务数据向量，Di,j为用户i和用户j之间的相邻关系，Di,j＝1时，用户i和用户j非相邻，Di,j＝0时用户i和用户j相邻，Ψm＝{i∈S:Di,m＝0}为包含CSCm自身的邻居集合；
每个周期时隙T包括本地信息交互阶段和学习阶段τl、业务数据传输阶段，以及多个信道选择和检测阶段τs，SCH＝{1,2,...,N}的全排列O，用户CSCm的序贯检测次序为Sm＝(sm1,sm2,...,smN)，然后按所述序贯检测次序序贯检测信道，直到发现空闲信道，并接入所述空闲信道传输数据。


3.如权利要求2所述的分布式业务匹配序贯频谱接入决策方法，其特征在于，步骤S2包括：
S201、定义用户吞吐量：
用户CSCm的业务队列为Lm，序贯检测次序为Sm＝(sm1,sm2,...,smN)，该次序中第k个信道smk被正确检测为信道空闲，且业务数据传输无冲突时，则用户CSCm的业务吞吐量为：



式中，为信道smk的信道容量；
S202、计算用户之间的信道重叠关系：
用户CSCm的序贯检测次序为Sm＝(sm1,sm2,...,smN)，CSCm的邻居CSCh的序贯检测次序为Sh＝(sh1,sh2,...,shk,...,shN)，CSCm与CSCh的信道重叠关系函数为



δ(smk,shk)＝1时，表示CSCm和CSCh在第k个信道上发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚昌华，刘鑫，徐煜华，党随虎，张海波，田辉，徐逸凡，
申请(专利权)人：长江师范学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50