一种基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法与流程

技术特征：

1.一种基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法，其特征在于：该方法采用自组织微蜂窝业务合作传输模式，面向用户业务数据吞吐量优化的二元决策进行业务合作联盟，根据各微蜂窝用户的业务情况，自主与其他蜂窝形成业务传输联盟并机会接入可用信道，通过多次的迭代更新，最终学习到稳定优化的联盟状态以及信道接入分配方案。

2.根据权利要求1所述的基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

步骤1、定义用户的业务吞吐量，进行初始化设置；

步骤2、联盟和用户的候选动作集进行初始化；

步骤3、根据候选动作集中的动作对联盟作出决策，调整联盟结构，直到系统收敛到稳定联盟结构：

步骤4、用户按照加入联盟的先后次序，依次进行信道检测，之后进行数据传输。

3.根据权利要求2所述的基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法，其特征在于：该方法还包括步骤5、算法更新：如用联盟决策所需的数据发生变化，则重新形成新的业务合作联盟，回到步骤2。

4.根据权利要求2所述的基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法，其特征在于：步骤1具体包括以下步骤：

1.1业务吞吐量定义：

对于CSC的应用业务数据，用户CSC_m在联盟内，如果在空闲的机会频谱信道n_k成功进行数据传输，CSC_m的业务吞吐量R_m为：

$R_m=\left\{\begin{array}{cc}\frac{L_m}{{\mathrm{\τ}}_{bm}+L_m/C_{n_k}},& L_m\<(T-{\mathrm{\τ}}_{bm})C_{n_k}\\ \frac{T-{\mathrm{\τ}}_{bm}}{T}{C}_{n_k},& L_m\≥(T-{\mathrm{\τ}}_{bm})C_{n_k}\end{array}\right.$

其中，m表示CSC用户编号，k表示联盟编号；n_k表示联盟k选择的信道；τ_bm用户CSC_m的传输退避时间；L_m是用户CSC_m的业务数据量；是信道n_k的容量。T是时隙长度，是接入信道n_k的编号为k的联盟；

1.2业务吞吐量计算：

记为决策检测信道n_k的用户集合，对于用户其数据在信道n_k上传输成功的概率为：

$p_{s,m}^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}=p_0^{n_k}\×(1-p_{f,m}^{n_k})\×\underset{h\∈\{{\mathrm{\Ψ}}^{n_k}\backslash {\mathrm{CO}}_k^{n_k}\}}{\Π}{p}_{f,h}^{n_k}$

其中，p_s表示成功概率，p_f是虚警概率，是CSC_m检测信道n_k的虚警概率；是信道n_k的空闲概率；h是中除联盟中用户之外的用户中决策检测信道n_k的CSC用户集合的用户编号，是用户h检测信道n_k的虚警概率；

联盟包括w个成员，而CSC_m为其第d个加入的成员，则CSC_m在联盟的传输退避时间计算为：

${\mathrm{\τ}}_{bm}^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}=\underset{t=1}{\overset{d-1}{\Σ}}({\mathrm{\τ}}_s+(1-p_{f,t}^{n_k}\left)\right(L_t/C_{n_k}\left)\right)$

其中，是用户CSC_m在联盟内的传输退避时间。τ_s为信道感知时间，为第t个联盟成员检测信道n_k的虚警概率。t为联盟的CSC用户成员编号，L_t是第t个联盟成员的业务数据量，是信道n_k的容量；

为表达简洁，记则CSC_m在工作在信道n_k上的联盟内时的业务吞吐量期望为：

$\begin{array}{c}{R}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}=p_{s,m}^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}\×\left(\frac{1-\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\ξ}}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}\right)}{2}{R}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k},1}+\frac{1+\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\ξ}}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}\right)}{2}{R}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k},2}\right)\\ =p_0^{n_k}\×(1-p_{f,m}^{n_k})\×\underset{h\∈\{{\mathrm{\Ψ}}^{n_k}\backslash {\mathrm{CO}}_k^{n_k}\}}{\Σ}{p}_{f,h}^{n_k}\\ \×\left(\frac{1-\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\ξ}}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}\right)}{2}{R}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k},1}+\frac{1+\mathrm{sgn}\left({\mathrm{\ξ}}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}\right)}{2}{R}_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k},2}\right)\end{array}$

其中，

$\mathrm{sgn}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& x\>0\\ 0,& x=0\\ -1,& x\<0\end{array}\right.$

1.3效用函数定义：

用户效用函数定义为其可获得的业务吞吐量，即对于其效用函数表示为：

$v_m\left({\mathrm{CO}}_k^{n_k}\right)=R_m^{{\mathrm{CO}}_k^{n_k}}.$

5.根据权利要求2所述的基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法，其特征在于：步骤2具体包括以下步骤：

2.1联盟初始化：

将各个CSC形成一个非合作的独立的联盟，随机选择一个信道，构成初始化的联盟结构：其中是指在信道n_M上工作的编号为M的联盟，M是最初形成的联盟数量；

2.2获取用户的候选动作集：

记当前系统的联盟结构为其中是指在信道n_l上工作的编号为l的联盟，l是联盟结构中成员的编号，对于定义任意用户的候选动作集为：

${\mathrm{Sa}}_m=\left\{\right\{{\mathrm{CO}}_1^{n_1}\},\{{\mathrm{CO}}_2^{n_2}\},...,\{{\mathrm{CO}}_q^{n_q}\left\}\right\}$

其中，q＝|Sa_m|是候选动作集中可能动作的数量，是指在信道n_q上工作的编号为q的联盟；

联盟中用户的联盟动作决策需要满足帕累托改进条件，即对任意联盟中的任意用户帕累托改进效用函数为：

${\mathrm{\μ}}_m\left({\mathrm{CO}}_k^{n_k}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{v}_m\left({\mathrm{CO}}_k^{n_k}\right),& \begin{array}{cc}if& \∀j\∈{\mathrm{CO}}_k^{n_k}\backslash \left\{m\right\},v_j\left({\mathrm{CO}}_k^{n_k}\right)\≥v_j({\mathrm{CO}}_k^{n_k}\backslash \{m\left\}\right)\end{array}\\ 0,& otherwise\end{array}\right.$

其中j是联盟内的一个用户，是用户j在联盟内获得的效用函数，是用户j在联盟去除用户m后获得的效用函数，联盟动作决策由帕累托改进函数值的大小关系确定。

6.根据权利要求2所述的基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法，其特征在于：步骤3具体包括以下步骤：

3.1信息获取：用户通过信息交互获取联盟决策需要的数据，包括用户的业务数据量、候选动作集、信道空闲概率和信道容量：

3.2联盟形成：

重复步骤abc，直到系统收敛到稳定联盟结构

a)对任一用户记当前的联盟结构为：按如下步骤作出联盟决策：

根据联盟结构形成可选动作集：

${\mathrm{Sa}}_m=\left\{\right\{{\mathrm{CO}}_1^{n_1}\},\{{\mathrm{CO}}_2^{n_2}\},...,\{{\mathrm{CO}}_q^{n_q}\left\}\right\}$

b)在动作集中随机选择一个动作，计算该动作所选联盟的帕累托改进效用函数，执行a_m；

$a_m=choose\left\{{\mathrm{CO}}_i^{n_i}\right\},$

$\begin{array}{cc}if& {\mathrm{\μ}}_m\left({\mathrm{CO}}_i^{n_i}\right)\>{\mathrm{\μ}}_m\left({\mathrm{CO}}_k^{n_k}\right)\end{array}$

$\∀\left\{{\mathrm{CO}}_i^{n_i}\right\}\⊆{\mathrm{Sa}}_m$

其中，表示CSC_m必须选择联盟而不是i是动作集Sa_m中候选动作的编号，是指在信道n_i上工作的编号为i的联盟，a_m是CSC_m的联盟动作，是联盟的帕累托改进效用函数，是联盟的帕累托改进效用函数；

c)根据CSC_m的动作更新当前联盟结构P_cu。

7.根据权利要求2所述的基于业务合作的自组织微蜂窝联盟机会频谱接入方法，其特征在于：步骤4具体为：用户以能量检测方式检测选定的信道，如果信道空闲，则进行数据传输；在联盟内部的检测和传输排序按照成员加入联盟的先后次序。