專利名稱：認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻譜分配方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無線電被認(rèn)為是未來解決無線頻譜利用率低下問題的最佳技術(shù)方案。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，無線電環(huán)境變化迅速，頻譜使用情況瞬息萬變，這就要求要找到優(yōu)秀的分配策略，以足夠短的周期快速、有效的進(jìn)行周期性的動(dòng)態(tài)頻譜分配，以便快速適應(yīng)認(rèn)知無線電的時(shí)變無線環(huán)境，提高系統(tǒng)容量，改善認(rèn)知無線電系統(tǒng)的性能，從而充分發(fā)揮認(rèn)知無線電的優(yōu)越性。目前，在認(rèn)知無線電頻譜分配方面，主要使用圖論著色模型和博弈論模型。傳統(tǒng)的基于圖論的著色模型，已被用來解決認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜分配問題。 圖論模型在干擾限制的前提下，將認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑橄蟪赏負(fù)鋱D，圖中頂點(diǎn)代表認(rèn)知用戶，邊代表頂點(diǎn)間的沖突或者干擾，如果同時(shí)使用相同的信道則存在干擾?；趫D論著色理論的頻譜分配模型是ー種相對成熟的模型。在圖論著色模型中，分屬于不同極大連通子圖的任意節(jié)點(diǎn)之間不存在任何影響。各個(gè)極大連通子圖在頻譜分配過程中是相互獨(dú)立的，可以進(jìn)行并行的頻譜分配。從這ー模型出發(fā)，出現(xiàn)了很多頻譜分配方法以及其改進(jìn)方法。不同的方法在不同的目標(biāo)下，其系統(tǒng)性能也有很大差異。其中，公平性和系統(tǒng)開銷是兩個(gè)極為重要的準(zhǔn)則。因?yàn)楣叫灾苯佑绊懜髡J(rèn)知用戶的滿意度，而系統(tǒng)開銷與方法本身的優(yōu)劣及其實(shí)時(shí)性直接關(guān)聯(lián)。然而，傳統(tǒng)的基于圖論的頻譜分配方法主要關(guān)注ー個(gè)分配周期的頻譜分配問題，沒有考慮在下ー個(gè)分配周期到來前的授權(quán)信道工作狀態(tài)的切換。這導(dǎo)致這些方法的分配的結(jié)果只符合本周期的系統(tǒng)性能要求，一旦在兩次頻譜分配周期之間，已分配給認(rèn)知用戶的信道被授權(quán)用戶占用，傳統(tǒng)方法立刻無法適用，從而失去了這些方法原有的公平性效果。本發(fā)明基于上述研究，為了提高認(rèn)知系統(tǒng)的公平性性能，使分配方法更符合認(rèn)知無線電系統(tǒng)實(shí)際的需求，設(shè)計(jì)了一種認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了提高認(rèn)知系統(tǒng)公平性，解決傳統(tǒng)圖論頻譜分配方法在周期性的分配頻譜過程中沒有考慮授權(quán)信道工作狀態(tài)切換對系統(tǒng)性能的負(fù)面影響的問題，而提出的ー種認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法。認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法按以下步驟實(shí)施第I步在部署區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)產(chǎn)生授權(quán)節(jié)點(diǎn)與認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的ニ維地理坐標(biāo)，由所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的分布拓?fù)?，求出認(rèn)知系統(tǒng)的各連通子圖以及各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的可用頻譜列表集；第2歩判斷是否完成所有子圖的頻譜分配，如果判斷結(jié)果為是，則完成頻譜分配，方法終止；如果判斷結(jié)果為否，則逐一對每一幅未完成分配的子圖作進(jìn)行頻譜分配，具體為第2. I步計(jì)算該子圖的所有極大獨(dú)立集Mi ；第2. 2步進(jìn)行極大獨(dú)立集Mi相同頻譜的同時(shí)分配；第2. 3步判斷該子圖中是否還存在沒分配的頻譜，如果有，執(zhí)行第2. 4步；如果沒有，執(zhí)行第2. 5歩；第2. 4步按已分配期望頻譜Bn和干擾期望從小到大的順序?yàn)楣?jié)點(diǎn)分配頻譜，即先按已分配期望頻譜Bn從小到大的順序排列，如果Bn相等，再按干擾期望％從小到大的 順序排列；更新各節(jié)點(diǎn)頻譜列表和相應(yīng)的獨(dú)立集節(jié)點(diǎn)的已獲頻譜均值Yi ;所述已獲頻譜均值Y 1是根據(jù)Y i=min{Bn|n e子圖 i} (4)計(jì)算獲得，其中已分配期望頻譜Bn根據(jù)
用し)計(jì)算獲得，干擾期望K；根據(jù)
Dm = an,mPnm(3)計(jì)算獲得，其中，sn,m表示頻譜m已經(jīng)分配給用戶η, Π表示用戶η的已被分配的頻譜集合；Ωη表示η的鄰居集合，即Ωη中的元素與認(rèn)知用戶η鄰接，但不包含這個(gè)用戶η ;η表示η的鄰居用戶，表示信道m(xù)如果分配給認(rèn)知用戶》使用表示頻譜m在下ー時(shí)刻對于用戶《來說，頻譜m可以被使用的概率；第2. 5步完成頻譜分配，方法終止。各連通子圖的建立條件為如果圖中的兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間的距離小于兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的干擾半徑的和，則這兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間有一條干擾邊相連；相反，兩認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間沒有干擾邊相連。某個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的可用頻譜列表集的元素為多個(gè)授權(quán)節(jié)點(diǎn)使用的授權(quán)信道，所述授權(quán)節(jié)點(diǎn)與所述某個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的距離大于該授權(quán)節(jié)點(diǎn)的干擾半徑與該認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的干擾半徑的和。第2. 2步中進(jìn)行極大獨(dú)立集Mi相同頻譜的同時(shí)分配的過程為第a步判斷子圖的獨(dú)立集是否有可供同時(shí)分配的相同頻譜，如果有，則執(zhí)行第b步；否則，獨(dú)立集相同頻譜的同時(shí)分配過程結(jié)束；第b步選擇ー個(gè)獨(dú)立集j,從j=l開始，若j>Mi,則執(zhí)行第e步；若j く Mi,判斷屬于獨(dú)立集j的節(jié)點(diǎn)是否有可供同時(shí)分配的相同頻譜；如果有，則執(zhí)行c步；如果沒有，選擇下ー個(gè)獨(dú)立集，即j=j+l，重復(fù)重新執(zhí)行第b步；第c歩判斷節(jié)點(diǎn)的已分配頻譜期望值是否大于均值Yi (Yi的初值為0)，如果小于或等于均值？，執(zhí)行第d歩；如果大于均值，則選擇下ー個(gè)獨(dú)立集，即j=j+l ;然后，返回執(zhí)行第b步；第d歩將相同頻譜按其在子圖中下一時(shí)刻可被使用期望值EmI小到大進(jìn)行排序，選擇期望值最小的頻譜給這個(gè)獨(dú)立集的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配；其中，Em按公式(I)進(jìn)行計(jì)算；然后，更新各節(jié)點(diǎn)頻譜列表；選擇下ー個(gè)獨(dú)立集，即j=j+l，返回執(zhí)行第b歩；其中
權(quán)利要求
1.認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法，其特征在于， 第I步在部署區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)產(chǎn)生授權(quán)節(jié)點(diǎn)與認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的二維地理坐標(biāo)，由所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的分布拓?fù)洌蟪稣J(rèn)知系統(tǒng)的各連通子圖以及各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的可用頻譜列表集； 第2步判斷是否完成所有子圖的頻譜分配，如果判斷結(jié)果為是，則完成頻譜分配，方法終止；如果判斷結(jié)果為否，則逐一對每一幅未完成分配的子圖作進(jìn)行頻譜分配，具體為第2. I步計(jì)算該子圖的所有極大獨(dú)立集Mi ； 第2. 2步進(jìn)行極大獨(dú)立集Mi相同頻譜的同時(shí)分配； 第2. 3步判斷該子圖中是否還存在沒分配的頻譜，如果有，執(zhí)行第2. 4步；如果沒有，執(zhí)行第2. 5步； 第2. 4步按已分配期望頻譜Bn和干擾期望D=從小到大的順序?yàn)楣?jié)點(diǎn)分配頻譜，即先按已分配期望頻譜Bn從小到大的順序排列，如果Bn相等，再按干擾期望D〗從小到大的順序排列；更新各節(jié)點(diǎn)頻譜列表和相應(yīng)的獨(dú)立集節(jié)點(diǎn)的已獲頻譜均值Yi ; 所述已獲頻譜均值Yi是根據(jù) Y i=min {Bn |nG 子圖 i} (4) 計(jì)算獲得，其中已分配期望頻譜Bn根據(jù)
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法，其特征在于，各連通子圖的建立條件為如果圖中的兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間的距離小于兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的干擾半徑的和，則這兩個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間有一條干擾邊相連；相反，兩認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間沒有干擾邊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法，其特征在于，某個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的可用頻譜列表集的元素為多個(gè)授權(quán)節(jié)點(diǎn)使用的授權(quán)信道，所述授權(quán)節(jié)點(diǎn)與所述某個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的距離大于該授權(quán)節(jié)點(diǎn)的干擾半徑與該認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的干擾半徑的和。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法，其特征在于，第2. 2步中進(jìn)行極大獨(dú)立集Mi相同頻譜的同時(shí)分配的過程為 第a步判斷子圖的獨(dú)立集是否有可供同時(shí)分配的相同頻譜，如果有，則執(zhí)行第b步；否則，獨(dú)立集相同頻譜的同時(shí)分配過程結(jié)束； 第b步選擇一個(gè)獨(dú)立集j,從j=l開始，若j>Mi,則執(zhí)行第e步；若j彡Mi,判斷屬于獨(dú)立集j的節(jié)點(diǎn)是否有可供同時(shí)分配的相同頻譜；如果有，則執(zhí)行c步；如果沒有，選擇下一個(gè)獨(dú)立集，即j=j+l，重復(fù)重新執(zhí)行第b步；第C步判斷節(jié)點(diǎn)的已分配頻譜期望值是否大于均值Yi (Yi的初值為0)，如果小于或等于均值Y S執(zhí)行第d步；如果大于均值，則選擇下一個(gè)獨(dú)立集，即j=j+l ;然后，返回執(zhí)行第b步； 第d步將相同頻譜按其在子圖中下一時(shí)刻可被使用期望值Em從小到大進(jìn)行排序，選擇期望值最小的頻譜給這個(gè)獨(dú)立集的各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配；其中，Em按公式(I)進(jìn)行計(jì)算；然后，更新各節(jié)點(diǎn)頻譜列表；選擇下一個(gè)獨(dú)立集，即j=j+l，返回執(zhí)行第b步；其中
全文摘要
認(rèn)知無線電中基于授權(quán)信道切換概率的極大獨(dú)立集頻譜分配方法，它涉及一種頻譜分配方法。本發(fā)明可提高認(rèn)知系統(tǒng)公平性，解決傳統(tǒng)圖論頻譜分配方法在周期性的分配頻譜過程中沒有考慮授權(quán)信道工作狀態(tài)切換對系統(tǒng)性能的負(fù)面影響的問題。其方法如未完成所有子圖的頻譜分配，則選擇一個(gè)未完成分配的子圖，逐一計(jì)算出每個(gè)子圖的所有極大獨(dú)立集；并行極大獨(dú)立集相同頻譜的同時(shí)分配；如果子圖還有沒分配的頻譜，則按已分配期望頻譜和干擾期望從小到大的順序?yàn)楣?jié)點(diǎn)分配頻譜；更新各節(jié)點(diǎn)頻譜列表和相應(yīng)的獨(dú)立集節(jié)點(diǎn)的已獲頻譜均值。本發(fā)明適用于頻譜分配。
文檔編號H04W16/02GK102857924SQ20121034422
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者馬琳, 王垚, 張中兆, 譚學(xué)治, 陳佳美 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)