专利名称：基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法
技术领域：
本发明涉及一种基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法。
背景技术：
认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术可以实现频谱资源的二次利用，有效提高频谱利用率，因此近年来受到研究人员的广泛关注。CR技术的特点是认知用户可以在不影响授权用户正常工作的情况下，以择机的方式动态接入(Dynamic Spectrum Access, DSA)主用户的空闲频段。2004年，美国FCC首先颁布了电视频段的注意到拟议制定规则NPRM(Notice ofProposed rule Making),建议无TV频带许可证的无线电业务在不对授权业务造成干扰的前提下可以使用TV业务的频段。认知用户能通过改变自身的发射和接收参数动态地接入授权频谱，然而如何对空闲的授权频谱进行动态分配成为有待解决的问题。采用认知无线电技术的网络节点称为认知用户，具有频谱感知、频谱分析与频谱决策、频谱共享等功能的认知用户构成了认知无线电网络，由于认知无线电网络中用户对带宽的需求、可用信道、位置等参数可能随时发生变化，认知无线电网络的DSA研究主要基于认知无线电概念的提出者Joseph Mitola博士提出的频谱共享池(Spectrum Pooling,SP)策略。SP的基本思想是将属于不同业务的空闲频谱组成一个公共的频谱池，并将整个频谱池划分为若干个子信道。为实现认知无线电网络中频谱资源的动态分配，近年来，国内外研究人员提出了一些利用博弈理论解决无线网络的频谱优化问题的策略，认知无线电网络中的功率控制问题也受到广泛的关注。
发明内容
本发明提供一种基于频谱共享池(SP)思想研究认知无线电网络中的频谱分配，并引入跨层设计机制来同时考虑物理层的功率控制问题的基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法具体步骤如下A.建立系统模型a.1设立网络模型在认知无线电网络中，设定所有网络用户保持时隙同步，每个时隙为传输一个帧的时间，主用户以时隙的方式进行工作，在某个时隙里，主用户未使用的授权频段成为一个频谱空洞(Spectrum hole),所有主用户提供的频谱空洞集合构成一个频谱共享池SSP (Spectrum share pool), SSP中的无线信道在每个巾贞时隙内是静态的，由认知用户动态接入使用，同时设定认知用户可以通过频谱检测反馈信息，掌握每个频段的状态信息，维持一个共同的SSP;
设某个时隙频谱共享池SSP的大小为B (Hz),认知用户接入SSP中带宽匕传输数据，h为第i个认知用户的发射机STi到接收机SRi在带宽匕上的传输链路增益为主用户在频段匕上收到干扰和噪声的总和，则第i个认知用户在频段bi上的数据传输速率为
权利要求
1.基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法，其特征在于该方法具体步骤如下 A.建立系统模型 a.1设立网络模型在认知无线电网络中，设定所有网络用户保持时隙同步，每个时隙为传输一个帧的时间，主用户以时隙的方式进行工作，在某个时隙里，主用户未使用的授权频段成为一个频谱空洞，所有主用户提供的频谱空洞集合构成一个频谱共享池SSP，SSP中的无线信道在每个帧时隙内是静态的，由认知用户动态接入使用，同时设定认知用户可以通过频谱检测反馈信息，掌握每个频段的状态信息，维持一个共同的SSP，设某个时隙频谱共享池SSP的大小为B Hz，认知用户接入SSP中带宽h传输数据，Iii为第i个认知用户的发射机STi到接收机SRi在带宽匕上的传输链路增益，crf为主用户在频段I3i上收到干扰和噪声的总和，则第i个认知用户在频段h上的数据传输速率为
2.根据权利要求1所述的基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法，其特征在于所述的步骤b. 2.1中，采用牛顿算法求解第i个认知用户的近似最优功家(/ )具体步骤如下 步骤I取初始点CfOn，最大迭代次数M,精度要求e ,置k: = 0 ；步骤 2 计算(片
3.根据权利要求1所述的基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法，其特征在于所述的步骤b. 3中，所述的BPAA-CLBG算法的具体步骤如下 步骤1:初始化对偶变量V 和博弈双方的贴现因子穹旧;可达变量对{4 ,尤4啲集合Sh- =0啲集合= 0。
步骤2 :在第t轮议价博弈， a.使用当前的w彳，由式(17)计算子问题(10)的最优解为(A;)。记录此时的Iw,(K)，更新集合= Shand + [Lhan^blM); b.使用当前的<，利用牛顿算法找到子问题(9)的最优解(片)％并记录此时的UpK)，更新集合5Uw,. = sPo ,r + 仏; C.根据当前的贴现因子矿A°，MAC层与物理层分别利用议价函数(20)、(21)更新对偶变量w;+1, v；+1 ； 步骤3 :若绝对值r-L |与|4_tf -d|均小于一个很小的数e，直接转到步骤4。否则t=t+l，返回到步骤2，重复上述过程直到MAC层效用4_,(K)和物理层效用)收敛到稳定解； 步骤4 :最优的带宽分配b*即为; 最优的功率分配P*即为。
全文摘要
本发明公开了基于跨层议价博弈的认知无线电网络资源优化分配方法，提出的认知无线电网络中资源优化分配策略，综合考虑了认知无线电网络内总功率与总带宽受限的约束条件，以优化系统吞吐量为目标。首先使用对偶分解法求解了物理层与MAC层子问题，然后利用议价博弈理论分析物理层与MAC层的影响权重，并设计了BPAA-CLBG算法完成带宽与功率的联合分配。本发明提出的算法可以提高系统的频谱效率、功率效率和系统吞吐量。当系统吞吐量达到稳定时，BPAA-CLBG算法与固定带宽分配算法、T-Max算法、SGCA算法相比，具有更快的收敛速度，并且能够获得更大的系统吞吐量。
文档编号H04W28/20GK103067984SQ20121056320
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者许力, 胡小辉, 黄川 , 马现虎, 孔祥增 申请人:福建师范大学