[发明专利]一种基于群体进化理论的认知无线网络频谱接入方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种认知无线网络中的频谱接入方法，尤其是一种基于群体进化理论的频谱接入方法。

 

背景技术

大量研究报告表明，世界范围内的频谱资源利用极不平衡，加之无线通信业务需求快速增长，无线频谱资源日益匮乏。因此，对无线网络而言，进行频谱分配机制方面的研究，提高无线频谱资源的利用效率显得尤其必要。

目前，对动态频谱接入的研究主要集中在机会频谱接入，许多国内外学者通过博弈论、拍卖理论以及数学规划理论等对实现有效地频谱机会共享进行了研究，同时限制了认知用户对主用户的冲突概率。此外，还有学者提出了基于价格动态性的灵活频谱接入方法，使授权网络能公平地竞争认知用户，从而最大化每个授权网络的效用。如提出了一种基于最优价格竞争的动态方法来实现频谱机会有效地共享。但这些方法只考虑了认知用户共享同一个授权网络的频谱机会，而在认知网络中，用户可以根据自己的偏好选择接入不同的授权网络。本文提出了一种基于群体进化理论的动态频谱接入方法。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是根据不同的授权网络以不同的价格将空闲频谱出售给认知用户，使认知用户采用群体进化来动态分配频谱以最大化自己的效用。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于群体进化理论的认知无线网络频谱接入方法，包括如下步骤：

步骤（1），基于动态群体进化对频谱问题建立定价函数模型，每个授权网络服务商通过定价函数出售频谱，定价函数定义如下：

                                                    

其中都是非负的常数，且，代表所有用户接入频谱机会的带宽集合；

步骤（2），将步骤（1）的定价函数通知给网络频谱管理器中的定价域；

步骤（3），设每个认知用户的收益为共享的带宽，成本为发射功率和向授权网络支付的价格，建立认知用户的报酬函数如下：

其中：为频谱效率，为认知无线网络的链路增益，为功率成本的系数，为功率谱密度，为噪声功率谱密度；代表报酬，代表所有用户的策略的集合, ,为每个用户接入频谱机会的带宽；

步骤（4），将步骤（3）的报酬函数通知给网络频谱管理器中的报酬域；

步骤（5），进化过程：

网络频谱管理器将定价和报酬送入接入网，得到平均报酬；

如果认知用户观测到自己的报酬低于群体内所有认知用户的平均报酬，则该认知用户改变选择的网络；

当认知用户数量的比例达到稳定状态，即进化均衡时，进化结束。

进一步的，本发明的一种基于群体进化理论的认知无线网络频谱接入方法，步骤（5）所述平均报酬的求取步骤如下：

a)所有认知用户随机地接入网络的空闲频谱；

b) 迭代过程： 

(ⅰ)认知用户根据报酬函数在时刻计算接入网络所获得的报酬，并将报酬信息发送给认知无线网络的基站，；

(ⅱ)认知无线网络的基站根据接收到的每个认知用户的报酬信息，获得基站范围内所有认知用户的平均报酬。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明采用基于群体进化理论的频谱接入方法，对频谱问题进行建模，使认知用户根据网络环境动态地接入不同的网络以最大化自己获得的报酬。当认知用户群体达到进化均衡时，接入各个授权网络的认知用户数量的比例达到稳定状态，从而最大化了认知无线网络的效用。

利用认知用户网络选择算法，充分利用空闲频谱，提高了频谱的利用率。

附图说明

图1是本发明认知用户进化过程的示意图。 

图2是本发明分配过程中接入网进化计算的子过程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

一种基于群体进化理论的认知无线网络频谱接入方法，包括如下过程：

（1）建立模型

本发明通过动态群体进化来对频谱的利用问题进行建模。假设在某一地理范围内存在多个可以为认知用户接入的网络，每个网络服务商通过定价函数来出售频谱，且认知用户对频谱的需求越高，频谱价格就越高，从而提高与认知无线网络进行频谱共享而获得的报酬。定价函数定义如下：

                       （1）