[发明专利]一种认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法

说明书

本发明给出一种认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，是一种基于博弈论和二分最优匹配的认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，该方法在多用户多信道的认知无线电网络感知过程中，每个感知用户计算和选择其中较小的消耗指数，减小信息传输过程中的传输时延以及能量消耗；利用二分最优匹配算法优化信道选择。本发明方法能够有效提升认知无线电网通信质量。

技术领域

本发明涉及一种无线电感知网络频谱优化方法，主要采用非协作博弈论算法和最优二分匹配算法来优化在多感知用户多信道进行数据传输时，对感知用户的平均时延以及平均能量消耗，属于无线电通信技术领域与博弈论的交叉技术应用领域。

背景技术

认知无线电(CR，cognitive radio)是一种能够发现并伺机利用授权系统在时间、空间上的空闲频段的智能通信系统，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用该空间内的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。

非合作博弈论是指策略环境下，非合作的框架把所有的人的行动都当成是个别行动，也就是说在一个策略组合中，所有的参与者面临这样的一种情况，当其他人改变策略时，他此时的策略是最好的。也就是说，此时如果他改变策略，他的获益将会降低。它主要强调一个人进行自主的决策，而与这个策略环境中其他人无关。通常也就是我们字面上博弈的意思。纳什均衡，指的是参与人的这样一种策略组合，在该策略组合上，任何参与人单独改变策略都不会得到好处。换句话说，如果在一个策略组合上，当所有其他人都不改变策略时，没有人会改变自己的策略，则该策略组合就是一个纳什均衡。

目前的感知无线电技术在多感知用户感知时，存在明显的频谱利用不充分，造成传输效率下降。本发明设计了一种基于非合作博弈论以及最优二分匹配算法的频谱感知优化方法，在各感知用户各自没有联系的情况下，利用非合作博弈论理论进行传输控制，来提高频谱的利用率，达到提高通信质量的目的。

发明内容

技术问题：在认知无线电网络中，无线电中的有限的信道数量，次要用户数量的增加，以及数据传输量的增加对次要用户的数据传输带来了巨大的挑战，在多次要用户，信道数量有限的时候，并且保证主用户的通信不受影响，如何优化数据传输方案，使得感知用户平均数据传输能量消耗少，传输时延短，是当前认知无线电数据传输协同分配的问题之一。本发明的目标是提供一种基于非协作博弈论算法和最优二分匹配算法的认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，优化上述问题。

技术方案：本发明所述的认知无线电网络多用户多信道频谱感知优化方法，每个感知用户会先感知其对每一个未被主用户占领的信道的传输时隙以及能量消耗，并且每个用户根据感知情况，选取最利于自己的信道作为传输信道(具体为该感知用户使用信道传输时对应消耗指数最小)，对所有感知用户所选的传输信道，根据非合作博弈论，此时的用户对信道选择情况则会形成一个相对稳定的纳什均衡，在信道选择时候利用最优二分匹配算法算法，使得信道分配得到最优的匹配，从而减少感知用户平均能量消耗，提高传输时延，最终达到提高频谱传输质量的目的。

本发明提出的将多用户多信道的频谱感知分为感知过程、博弈过程、分配过程、传输过程四个过程，该方法包括以下步骤：

步骤1：每个感知用户向每个未被主用户占领的信道传输一个较小数据同时对该信道进行感知，得到此信道传输过程的传输时延T_ij，和能量消耗E_ij；传输时延T_ij包括感知用户i感知信道j的传输时延，能量消耗E_ij包括感知用户i感知信道j的能量消耗；

步骤2：实施博弈过程，具体步骤如下：