[发明专利]一种面向用户需求和提升网络性能的动态频谱接入的方法

摘要

本发明公开一种面向用户需求和提升网络性能的动态频谱接入方法，主要解决针对用户需求和网络整体性能两个方面进行资源的优化分配的新问题。其实现步骤为：次级用户根据Q学习算法计算出自己想要申请的信道标号，并将此申请提交给控制节点；控制节点根据分配策略处理各个次级用户上交的申请；控制节点处理完所有次级用户的申请后，将频谱分配结果下发给各个次级用户；次级用户根据控制节点下发的分配结果调整自己的Q值表，为下一次信道申请做好准备。本发明能够在优化网络整体性能，减少资源浪费现象的同时，尽量满足用户需求，使得用户获得更好的服务质量。

主权项

1.一种面向用户需求和提升网络性能的动态频谱接入的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）入网初始化；A.各个次级用户将自己在各个信道的传输速率通过控制信道发送给控制节点，同时自己也存储好自己在各个信道的传输速率和误码率的相关信息，控制节点根据次级用户的上报信息，将信息以表格的形式存储，其中，默认各个次级用户有不相同的传输能力，即不同用户在同一信道有不同的传输速率，但是传输速率按大小排序是相同的，同时，同一用户在不同信道有不同的传输速率。不同次级用户在不同信道有不同的误码率；B.控制节点将每个次级用户申请信道失败的记录器（m表示次级用户个数）全部初始化为0，其中所述信道失败为没有分配到任何信道可进行数据通信；C.控制节点将所有次级用户的优先级全部初始化为0，即pri_i＝0,i∈{1,…,m}，其中，m为次级用户个数；D.每个次级用户都单独执行Q学习算法，每个次级用户的状态动作对函数值全部初始化为0；E.随机初始化各个主用户占用信道的状态；（2）每个次级用户SU_i，i∈{1,2,…,m}在数据传输时隙刚开时都计算出自己想要申请的信道标号j并向控制节点提交申请；A.状态空间的构建：次级用户SU_i的根据感知结果确定状态空间为其中s_ki＝0表示信道被主用户占用，s_ki＝1表示信道未被主用户占用，即信道空闲，s_ki＝2表示此信道的误码率不符合用户SU_i的要求，即此信道不在用户选择范围内，舍弃不用，所以每个次级用户的状态空间是不相同的，s_1i～s_di表示有d个可与次级用户共享的主用户信道；B.各个次级用户根据自己的状态空间，调整自己Q值表的大小；C.动作选择策略：根据贪婪策略的动作选择公式，选择使得当前Q值表取得最大值的动作作为下一次动作；D.由下一次动作可得到下一次状态令各个次级用户将自己想要申请的信道j通过控制信道上报给控制节点；E.次级用户根据自己的通信需求紧急程度选取urg_i的取值，通过pri_i＝pri_i+urg_i修改自己的优先级，并将自己的优先级数值pri_i也通过控制信道上报给控制节点，其中，pri_i代表次级用户SU_i的优先级，urg_i代表次级用户SU_i此次数据传输的紧急程度，urg_i∈{0,1,2,3}，默认值为0，urg_i取值越大，则次级用户所要付出的额外代价（如额外的费用）越高，将优先级数值上报给控制节点后，默认恢复pri_i＝0,urg_i＝0；（3）控制节点根据各个次级用户的上报信息处理各个次级用户所提交的申请；A.次级用户SU_i所提交的信道申请j没有与其他次级用户的信道申请冲突，控制节点则直接将信道j分配给次级用户SU_i；B.次级用户SU_i所提交的信道申请j与次级用户SU_j所提交的信道申请i冲突，即两者申请了同一个空闲信道，控制节点首先依据优先级判断，比较pri_i和pri_j，将信道优先分给优先级比较大的次级用户，若pri_i＝pri_j，则计算两者信道申请失败的计数器的差值的绝对值。若则将信道优先分配给计数器数值比较大的次级用户；若则将信道分配给发送能力比较强的次级用户，其中，N₀为判定门限；C.控制节点处理完所有次级用户的信道申请后，若不存在次级用户没有申请到信道的情况，则转至下一步D；若存在次级用户没有申请到信道的情况，控制节点判断是否还有未被分配出去的空闲信道，若无，则转至下一步D；若有，则将空闲信道随机分给没有申请到信道的次级用户，直至全部次级用户都分配到信道或者所有空闲信道都被分配给次级用户；D.对于信道申请成功的用户，若则若则保持数值不变。对于信道申请失败的用户，则（4）控制节点通过控制信道将分配信息下发给各个次级用户，次级用户利用自己分配到的空闲信道开始数据传输直至下一个感知时隙的到来；（5）在感知时隙期间，各个次级用户根据上次分配结果调整自己的Q值表；A.根据奖赏规则确定奖赏函数，并计算出奖赏函数的值，奖赏函数公式如下：rsi=a+b*vij(1)a-b*vik(2)a-b*vij(3)]]>其中，表示次级用户SU_i的奖赏函数数值，v_ij表示次级用户SU_i在信道i上的传输速率，a，b都表示一个常量，满足对任意的v_ij,i∈{1,…,m},j∈{1,…,d}都有a-b*v_ij＜0；B.将奖赏函数的值代入更新公式中，根据更新公式更新各个次级用户的Q值表；（6）各个次级用户是否还存在数据需要传输，若无，则转至步骤（7），若有，则转至步骤（2）；（7）数据传输结束，次级用户退出认知网络。