专利名称：认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法
技术领域：
本发明涉及一种频谱分配方法。
背景技术：
认知无线电被认为是未来解决无线频谱利用率低下问题的最佳技术方案。现实应用中，无线电环境变化迅速，频谱使用情况瞬息万变，这就要求要找到优秀的分配策略，以足够短的周期快速、有效的进行周期性的动态频谱分配，以便快速适应认知无线电的时变无线环境，提高系统容量，改善认知无线电系统的性能，从而充分发挥认知无线电的优越性。目前，在认知无线电频谱分配方面，主要使用图论着色模型和博弈论模型。传统的基于图论的着色模型，已被用来解决认知无线电网络中的频谱分配问题。 图论模型在干扰限制的前提下，将认知无线电网络拓扑抽象成拓扑图，图中顶点代表认知用户，边代表顶点间的冲突或者干扰，如果同时使用相同的信道则存在干扰。基于图论着色理论的频谱分配模型是ー种相对成熟的模型。在图论着色模型中，分属于不同极大连通子图的任意节点之间不存在任何影响。各个极大连通子图在频谱分配过程中是相互独立的，可以进行并行的频谱分配。从这ー模型出发，出现了很多频谱分配方法以及其改进方法。不同的方法在不同的目标下，其系统性能也有很大差异。其中，公平性和系统开销是两个极为重要的准则。因为公平性直接影响各认知用户的满意度，而系统开销与方法本身的优劣及其实时性直接关联。然而，传统的基于图论的频谱分配方法主要关注ー个分配周期的频谱分配问题，没有考虑在下ー个分配周期到来前的授权信道工作状态的切換。这导致这些方法的分配的结果只符合本周期的系统性能要求，一旦在两次频谱分配周期之间，已分配给认知用户的信道被授权用户占用，传统方法立刻无法适用，从而失去了这些方法原有的公平性效果。本发明基于上述研究，为了提高认知系统的公平性性能，使分配方法更符合认知无线电系统实际的需求，设计了一种认知无线网络中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法。
发明内容
本发明是为了提高认知系统公平性，解决传统图论频谱分配方法在周期性的分配频谱过程中没有考虑授权信道工作状态切换对系统性能的负面影响的问题，而提出的ー种认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法。认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法按以下步骤实施第I步在部署区域内，随机产生授权节点与认知节点的ニ维地理坐标，由所有认知节点的分布拓扑，求出认知系统的各连通子图以及各认知节点的可用频谱列表集；第2歩判断是否完成所有子图的频谱分配，如果判断结果为是，则完成频谱分配，方法終止；如果判断结果为否，则逐一对每一幅未完成分配的子图作进行频谱分配，具体为第2. I步计算该子图的所有极大独立集Mi ；第2. 2步进行极大独立集Mi相同频谱的同时分配；第2. 3步判断该子图中是否还存在没分配的频谱，如果有，执行第2. 4步；如果没有，执行第2. 5歩；第2. 4步按已分配期望频谱Bn和干扰期望从小到大的顺序为节点分配频谱，即先按已分配期望频谱Bn从小到大的顺序排列，如果Bn相等，再按干扰期望％从小到大的 顺序排列；更新各节点频谱列表和相应的独立集节点的已获频谱均值Yi ;所述已获频谱均值Y 1是根据Y i=min{Bn|n e子图 i} (4)计算获得，其中已分配期望频谱Bn根据
用し)计算获得，干扰期望K；根据
Dm = an,mPnm(3)计算获得，其中，sn,m表示频谱m已经分配给用户η, Π表示用户η的已被分配的频谱集合；Ωη表示η的邻居集合，即Ωη中的元素与认知用户η邻接，但不包含这个用户η ;η表示η的邻居用户，表示信道m如果分配给认知用户》使用表示频谱m在下ー时刻对于用户《来说，频谱m可以被使用的概率；第2. 5步完成频谱分配，方法終止。各连通子图的建立条件为如果图中的两个认知节点间的距离小于两个认知节点的干扰半径的和，则这两个认知节点间有一条干扰边相连；相反，两认知节点间没有干扰边相连。某个认知节点的可用频谱列表集的元素为多个授权节点使用的授权信道，所述授权节点与所述某个认知节点的距离大于该授权节点的干扰半径与该认知节点的干扰半径的和。第2. 2步中进行极大独立集Mi相同频谱的同时分配的过程为第a步判断子图的独立集是否有可供同时分配的相同频谱，如果有，则执行第b步；否则，独立集相同频谱的同时分配过程结束；第b步选择ー个独立集j,从j=l开始，若j>Mi,则执行第e步；若j く Mi,判断属于独立集j的节点是否有可供同时分配的相同频谱；如果有，则执行c步；如果没有，选择下ー个独立集，即j=j+l，重复重新执行第b步；第c歩判断节点的已分配频谱期望值是否大于均值Yi (Yi的初值为0)，如果小于或等于均值？，执行第d歩；如果大于均值，则选择下ー个独立集，即j=j+l ;然后，返回执行第b步；第d歩将相同频谱按其在子图中下一时刻可被使用期望值EmI小到大进行排序，选择期望值最小的频谱给这个独立集的各节点进行分配；其中，Em按公式(I)进行计算；然后，更新各节点频谱列表；选择下ー个独立集，即j=j+l，返回执行第b歩；其中
权利要求
1.认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法，其特征在于， 第I步在部署区域内，随机产生授权节点与认知节点的二维地理坐标，由所有认知节点的分布拓扑，求出认知系统的各连通子图以及各认知节点的可用频谱列表集； 第2步判断是否完成所有子图的频谱分配，如果判断结果为是，则完成频谱分配，方法终止；如果判断结果为否，则逐一对每一幅未完成分配的子图作进行频谱分配，具体为第2. I步计算该子图的所有极大独立集Mi ； 第2. 2步进行极大独立集Mi相同频谱的同时分配； 第2. 3步判断该子图中是否还存在没分配的频谱，如果有，执行第2. 4步；如果没有，执行第2. 5步； 第2. 4步按已分配期望频谱Bn和干扰期望D=从小到大的顺序为节点分配频谱，即先按已分配期望频谱Bn从小到大的顺序排列，如果Bn相等，再按干扰期望D〗从小到大的顺序排列；更新各节点频谱列表和相应的独立集节点的已获频谱均值Yi ; 所述已获频谱均值Yi是根据 Y i=min {Bn |nG 子图 i} (4) 计算获得，其中已分配期望频谱Bn根据
2.根据权利要求I所述的认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法，其特征在于，各连通子图的建立条件为如果图中的两个认知节点间的距离小于两个认知节点的干扰半径的和，则这两个认知节点间有一条干扰边相连；相反，两认知节点间没有干扰边相连。
3.根据权利要求I所述的认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法，其特征在于，某个认知节点的可用频谱列表集的元素为多个授权节点使用的授权信道，所述授权节点与所述某个认知节点的距离大于该授权节点的干扰半径与该认知节点的干扰半径的和。
4.根据权利要求I所述的认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法，其特征在于，第2. 2步中进行极大独立集Mi相同频谱的同时分配的过程为 第a步判断子图的独立集是否有可供同时分配的相同频谱，如果有，则执行第b步；否则，独立集相同频谱的同时分配过程结束； 第b步选择一个独立集j,从j=l开始，若j>Mi,则执行第e步；若j彡Mi,判断属于独立集j的节点是否有可供同时分配的相同频谱；如果有，则执行c步；如果没有，选择下一个独立集，即j=j+l，重复重新执行第b步；第C步判断节点的已分配频谱期望值是否大于均值Yi (Yi的初值为0)，如果小于或等于均值Y S执行第d步；如果大于均值，则选择下一个独立集，即j=j+l ;然后，返回执行第b步； 第d步将相同频谱按其在子图中下一时刻可被使用期望值Em从小到大进行排序，选择期望值最小的频谱给这个独立集的各节点进行分配；其中，Em按公式(I)进行计算；然后，更新各节点频谱列表；选择下一个独立集，即j=j+l，返回执行第b步；其中
全文摘要
认知无线电中基于授权信道切换概率的极大独立集频谱分配方法，它涉及一种频谱分配方法。本发明可提高认知系统公平性，解决传统图论频谱分配方法在周期性的分配频谱过程中没有考虑授权信道工作状态切换对系统性能的负面影响的问题。其方法如未完成所有子图的频谱分配，则选择一个未完成分配的子图，逐一计算出每个子图的所有极大独立集；并行极大独立集相同频谱的同时分配；如果子图还有没分配的频谱，则按已分配期望频谱和干扰期望从小到大的顺序为节点分配频谱；更新各节点频谱列表和相应的独立集节点的已获频谱均值。本发明适用于频谱分配。
文档编号H04W16/02GK102857924SQ20121034422
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者马琳, 王垚, 张中兆, 谭学治, 陈佳美 申请人:哈尔滨工业大学