[发明专利]基于重叠联盟博弈的认知无线电合作频谱感知机制

说明书

技术领域

本发明涉及基于重叠联盟博弈的认知无线电合作频谱感知机制，属于网络传媒技术技术领域。

背景技术

认知无线电技术是一种旨在提高频谱利用效率的新型技术，该技术通过频谱感知能够探测到授权频段中未被利用的频谱空隙，在不影响原授权用户的情况下利用该空隙进行通信，从而提高整个频谱的利用率。在无线通信业务速率爆炸式增长，频谱资源日益紧张的背景下，认知无线电被认为是一种潜在的挖掘频谱效率从而提高频谱利用率的有效方法。

认知无线电的关键技术包括：频谱感知、物理层传输技术、无线资源管理、路由技术、传输层技术、跨层设计及优化、网络安全技术。其中，频谱感知技术是整个认知无线电最核心的技术，能够在某时、某地准确感知是否存在频谱空闲频段，以供非授权设备接入该频段；同时还能随之监测是否有新的授权用户接入该频段，从而使非授权设备及时退出频段，避免对授权用户的干扰。

目前的频谱感知技术可以分为两大类：一类是辅助频谱感知，即从外部获得频谱利用信息，需要对原授权系统进行一定的调整或增强，包括基于信标、频谱数据库、频谱代理等方法；另一类是独立频谱感知，不需要对原授权频谱进行任何改动，直接通过物理设备检测频谱，从而判断当前的频谱状态。由于独立频谱感知不需要对原授权系统进行任何改动，因而受到了更为广泛的关注。在独立频谱感知中，包括基于单个设备的频谱检测，以及基于多个设备的合作频谱检测。在单设备频谱检测中，主要用到的技术包括：匹配滤波器检测、能量检测、循环平稳特征检测、延时相关性检测等。在多设备检测中，继承了单设备检测的技术，但通过认知无线电基站融合基站范围内多个设备上传的检测结果来提高检测的准确程度，这些融合机制一般包括：OR规则、AND规则以及K-out-of-N规则。

现有的合作频谱检测技术基于一个独立的认知无线电基站，一方面由于基站范围较大，负责的非授权设备较多，距离用户设备较远，用户上传自身的频谱检测数据往往需要消耗大量的带宽；另一方面，基站集中式的机制只能把整个基站范围作为一个整体判断频谱使用情况，使得一些小区域内的频谱空隙无法发现，从而浪费了可能的本地通信机会。

发明内容

本发明的目的在于提供基于重叠联盟博弈的认知无线电合作频谱感知机制，能克服现有技术的不足，能够降低检测数据交换带来的带宽消耗，并同时提供本地的频谱空隙情况。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于重叠联盟博弈的认知无线电合作频谱感知机制，它包含以下阶段：

（1）、联盟形成阶段，包括以下步骤:

S1、生成节点效用函数并设置其效用门限：用户确定认知无线电网络中的每点根据通信需求、信号特征、地理位置的参数生成该节点的效用函数U并用户同时设置自身的“效用门限”α，然后确定用户需要探测频谱空隙的空间需求范围Ar和电池容量Bl，该空间需求范围Ar包括发射节点和接收节点且能够覆盖信号影响到的所有区域，

效用函数U为正效用和负效用的差值，其表达式为

U＝U⁺(r_s,ρ_s)-U^-(B_l,D_max),

正效用的表达式为U⁺(r_s,ρ_s)＝f(r_s)g(ρ_s)，

负效用的表达式为U-(Bl，D_max)=h(B_l)w(D_max)

其中，ρ_s为感知密度，定义为有效感知范围内包含k个联盟的节点的密度，ρs=|Se||Ae|,]]>

S_e＝{i|i∈∪S_j,i in A_s}；

r_s为感知比，定义为有效感知范围与需求范围之比，即