[发明专利]一种基于频谱潜在效益的认知无线电网络频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络技术领域，涉及一种基于频谱潜在效益的认知无线电网络频谱分配方法。

背景技术

由于次用户之间干扰或共享可能的存在，频谱分配的先后次序直接影响着频谱分配的最终结果。传统频谱分配算法，基于贪心准则，会优先选择效益值最大的节点分配频段，由于当前次用户与其他次用户存在同频干扰。因此在未来的分配过程，该频谱就不能分配给其他次用户。在当前分配过程中，只考虑了当前分配操作带来的系统效益，而忽略了当前分配操作对未来分配过程中潜在的系统效益损失。

本发明基于次用户之间干扰影响情况考虑，参考当前频谱分配阶段对未来分配结果的频谱效益的潜在损失，提出了一种基于频谱潜在效益的频谱分配方法。算法通过权衡分配过程中增加的系统效益和损失的潜在系统效益，尽可能使当前分配带来的系统效益增加，同时减少因分配操作带来的潜在系统效益损失，提高频谱利用率。

传统基于图着色模型频谱分配算法中普遍存在系统效益不高的问题。本发明提出一种基于频谱潜在效益的认知无线电网络频谱分配算法(Spectrum Allocation Algorithm based on the Spectrum of Potential Benefit，PBSA)。相比传统颜色敏感着色(Color Sensitive Graph Coloring，CSGC)算法，本发明可以有效减少频谱分配过程中可能带来的潜在系统效益损失，获得更好的系统效益，提高频谱利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于频谱潜在效益的认知无线电网络频谱分配方法，解决了传统基于图着色模型频谱分配算法中普遍存在系统效益不高的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：收集频谱可用信息和网络干扰信息及初始化；

步骤2：根据网络中可用频谱情况以及次用户之间的干扰情况可得到网络干扰拓扑图；对于某一可用频谱的分配过程而，可将网络干扰拓扑图中其他频谱的可用信息和次用户干扰情况剔除，只保留该频谱下的次用户干扰关系，就得到相应该频谱下的干扰拓扑子图；

步骤3：计算次用户分配优先级标签，根据初始化信息计算频谱的潜在系统效益值和相应各次用户的<效益，损失>值，并据此计算相应子分配过程中各次用户分配优先级标签值；

设计频谱分配时的分配优先级标签值如下：

其中，lable_n表示次用户n在可用频谱m分配时的分配优先级标签值，α、β为权重调节因子，且α,β∈[0,1]，α+β＝1，当α＝0，算法退化为仅考虑当前系统收益的情况，当β＝0时，算法仅考虑可能损失的潜在系统收益，PB_m与损失的潜在系统效益的差值，表示将频谱m分配给次用户n时该频谱下剩余的潜在系统效益；

步骤4：分配频谱；在相应子分配过程中，根据各次用户的优先级标签值，选择标签值最大的次用户，分配当前可用频谱；

步骤5更新拓扑结构；删除干扰拓扑子图中与当前分配频谱的次用户存在同频干扰关系的次用户节点，并在<效益，损失>集合中，删除这个冲突的次用户及刚分配频谱的次用户；

步骤6当<效益，损失>集合为空时，当前子分配过程结束，否则转入步骤3。

步骤7当子分配过程结束则算法结束，否则转入步骤3。

本发明的有益效果是有效减少频谱分配过程中可能带来的潜在系统效益损失，获得更好的系统效益，提高频谱利用率。

附图说明

图1是本发明基于频谱潜在效益的分配算法流程示意图；

图2是频谱可用情况和次用户干扰情况示意图；

图3是认知无线电网络拓扑情况下抽象得到的认知无线电网络干扰拓扑图；

图4是划分子图示例；

图5是CRN中次用户数为5时，比较在不同标签权重因子下系统效益和随着可用频谱数量变化的趋势；

图6是网络中次用户数N＝5时，系统效益和随着可用频谱数量变化的趋势图；

图7是网络中可用频谱数M＝10时，系统效益和随着次用户数量变化的趋势图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。