[发明专利]一种基于认知无线电通信盟的调度方法

摘要

本发明公开了一种基于认知无线电通信盟的调度方法，属于认知无线电技术领域。本发明将最大化系统的吞吐量作为通信盟模型的求解目标；通过基于离散随机逼近的通信盟频谱调度算法并联合注水算法共同求解该通信盟模型，并且定义了通信盟盟内和盟间的接入方式和通信协议，规范了入盟、退盟、盟主更新原则，达到通信盟的频谱调度。本发明实现频谱资源的公平高效利用，实现资源分配的帕累托最优，提升认知网络通信性能，最大限度的提高系统吞吐量，并明显地提高频谱利用率。

主权项

1.一种基于认知无线电通信盟的调度方法，其特征在于：包括盟内用户通信调度方法、盟间用户通信调度方法、频谱调度方法、功率分配方法；I、盟内用户通信调度方法是采用盟内通信协议使欲进行通信的两个盟内认知次用户协商，具体方法包括无中继请求的调度方法、有中继请求的调度方法，其中：I-A，无中继请求的调度方法步骤如下：①当接受通信请求的认知次用户所处的信道容量未饱和，则基站为欲进行通信的两个认知次用户分配通信时隙：当两个认知次用户成功建立通信，则盟主更新通信盟列表并通过广播帧广播；当两个认知次用户无法建立通信，则执行有中继请求的调度方法；②当接受通信请求的认知次用户所处的信道容量已饱和，则由盟主向基站申请空闲频点，然后由基站通知盟主为欲进行通信的两个认知次用户在空闲频点分配通信时隙：当两个认知次用户成功建立通信，则盟主、基站分别更新通信盟列表并通过广播帧广播；当两个认知次用户无法建立通信，则执行有中继请求的调度方法；③当接受通信请求的认知次用户不接受通信发起方的通信请求，则判断两个认知次用户通信失败；I-B，有中继请求的调度方法步骤如下：i，当有其他认知次用户在广播频段收到欲进行通信的两个认知次用户的广播帧，该用户在广播频点发通告告知所在盟的盟主；当盟主收到多个认知次用户发来的信息，根据中继选择算法选择最优的认知次用户作为中继节点，并通知该中继节点；如果超时没有收到该中继节点的应答信息，告知通信双方无法通信；ii，当盟主没有收到其他认知次用户在广播频段的响应，则盟主根据自身是否达到通信量门限值确定是否作为通信双方的中继节点：当结果为是，则选定某一时隙并通知通信双方进行通信；同时将新建立的通信链路加入通信盟列表中，在下一帧广播帧广播；当结果为否，则告知通信双方无法通信；II、盟间用户通信调度方法分为采用盟间认知次用户中继的多频带分时隙联盟博弈方法、采用基站中继的多频带分时隙联盟博弈方法，具体如下：II-A，采用盟间认知次用户中继的多频带分时隙联盟博弈方法，具体如下：有通信请求的两个认知次用户告知各自所在盟的盟主，然后由各自的盟主通知基站，基站通过中继选择算法获取这两个认知次用户的一个或者多个盟间认知次用户作为盟间中继节点集： a)当接受通信请求的认知次用户、盟间中继节点所处的信道容量未饱和，则基站为欲进行通信的两个认知次用户分配通信时隙：同时由通信双方各自的盟主分配时隙，更新通信盟列表，并在广播帧告知通信双方及中继节点；b)当接受通信请求的认知次用户所处的信道容量已饱和，不能继续接受通信请求，则判定通信双方通信失败；c)当接受通信请求的认知次用户所处的信道容量饱和，则基站为其在空闲频点分配工作时隙，由盟主更新通信盟列表然后通过广播帧广播；d)当中继节点不能继续接受通信请求，则基站通过查询通信盟管理列表查找中继节点的替代中继节点，更新通信盟列表然后通过广播帧广播；II-B，采用基站中继的多频带分时隙联盟博弈方法，具体如下：当基站通过排序所有能作为中继的节点后发现自己作为中继的通信效率最高时，通知通信双方，并通过协商确定与通信双方的通信频点和时隙；当接受通信请求的认知次用户所处的信道容量未饱和，由盟主为其分配时隙，并更新通信盟列表，同时在广播帧告知通信双方；当接受通信请求的认知次用户不接受通信请求，则判断通信双方呼叫失败；当接受通信请求的认知次用户所处的信道容量饱和，则基站为其在空闲频点分配工作时隙，同时更新通信盟列表后通过广播帧广播；当基站不能继续接受通信请求，则判断通信双方通信失败；当通信双方在通信过程中超过规定的门限时间，通信一方没有收到来自另一方发送的数据或者相应的响应，通过尝试重连后仍然失败，则判定通信结束，通过广播频点向基站发送通信结束通知；III、频谱调度方法是根据离散随机逼近优化算法进行，具体过程如下：a，初始化：设随机选择传输模式I^(m)并初始化设定概率向量P，根据随机逼近算法，定义初始随机选择的频谱的概率为1，在数值上反应为：即：若(X，Y)为I^(m)中元素为1的坐标集合，表达式为(X，Y)＝I^-1(m)(1)；然后对集合(X，Y)在P矩阵的相对应的位置置1，即P[(X，Y)]＝1；b，采样和赋值：给定I^(m)，计算对应的φ(m，I^(m))，均匀的选择另一个候选的计算对应的c，接受：如果则设定否则设定d，采用自适应滤波器用于更新动态信息序列：通过p(m+1)＝p(m)+μ[I(m+1)-p(m)]，0＜μ＜1更新状态占用概率；e，在当前迭代更新最优解的估计：如果则设定否则设定f，设返回步骤b，直至n到达给定迭代逼近次数或达到给定运算时间时，算法结束，n为整数；IV，功率分配步骤是采用注水算法进行，具体步骤如下：第一步，采用拉格朗日乘子法求解最大化系统的吞吐量：第二步，对于任一通信盟，求得其联盟函数为：其中，代表盟内通信功率门限值，T代表最终可以被分配的信道的个数，为相应的信道噪声，|S|代表联盟S的认知次用户个数；第三步，由盟主控制，根据第一、第二步的结果对盟内进行功率分配，其中限制条件如下：其中，P_lj是该盟内认知次用户l使用信道j时的发送功率，代表该盟所拥有的最大发送功率门限值，P_l代表盟内每个认知次用户的功率，代表终端所能拥有的最大功率；第四步，当盟主发现链路信道质量太差，则对该信道不分配功率，予以关闭；并重新调整信号功率分配，直至信道j上的发送能量P_j不出现负值。