[发明专利]生物友好的认知水声网络频谱分配方法

摘要

发明涉及一种生物友好的认知水声网络频谱分配方法，包括：定义海洋哺乳动物whistle信号占用的频谱范围中使用频率高的频段为海洋哺乳动物发声使用的中心频段，其余频段定义为非中心频段，同时定义授权频段为海洋哺乳动物whistle信号占用频段，对于授权频段中的中心频段，海洋哺乳动物有优先使用权；以传感器节点的系统容量C为目标建立效用函数；应用拉格朗日乘数法求解步骤二给出的效用函数，求得节点的发送功率与传输信道。本发明能够提高网络的频带利用率和系统容量。

主权项

一种生物友好的认知水声网络频谱分配方法，包括下列步骤：步骤一：定义海洋哺乳动物whistle信号占用的频谱范围中使用频率高的频段为海洋哺乳动物发声使用的中心频段，其余频段定义为非中心频段，同时定义授权频段为海洋哺乳动物whistle信号占用频段，对于授权频段中的中心频段，海洋哺乳动物有优先使用权，传感器节点与海洋哺乳动物不能同时在此种中心频段通信；对于授权频段中的非中心频段，传感器节点通过功率控制，实现与海洋哺乳动物频道共享；步骤二：设在水声传感器网络中有K个认知用户，分别为其编号k∈[1,K]；网络信道被划分为N个子信道，分别为其编号为n∈[1,N]，以传感器节点的系统容量C为目标建立效用函数，表示为：$\begin{array}{cc}\underset{0\≤a_{nk}\≤1,P_{nk}\≥0}{max}& C\end{array}$$\begin{array}{cc}where& C=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{a}_{nk}B{\log }_2(1+\frac{P_{nk}{h}_{nk}}{N_0{\mathrm{Ba}}_{nk}})\end{array}$s.t.C1.C2. P_nk≤P_1th(m≤n≤q)C3. P_nk≤P_2th(1≤n≤m,q≤n≤N)C4.其中，B是一个子信道的带宽，N₀是噪声功率谱密度，a_nk为松弛变量，取值范围是0到1的连续变量，表示信道共享的比例系数，p_nk表示用于认知用户k在信道n上通信时的发送功率，h_nk表示认知用户k在信道n上通信时的信道增益；限制条件中，m和q分别表示划分的中心频段的两个边界信道，限制条件C1中，P_k.max表示一个用户总的受限发送功率预算，限制条件C2与C3中，P_1th表示在中心频段信道上的最大受限发送功率；P_2th表示在其余信道上的最大受限发送功率，这两个功率的取值均与海洋哺乳动物有关；步骤三：应用拉格朗日乘数法求解步骤二给出的效用函数，求得节点的发送功率p_nk与传输信道a_nk；步骤四：验证求得的节点发送功率p_nk与传输信道a_nk是否可用，如果可用则为最终结果，不可用则需更新信道占用信息，重复步骤二求解。