基于势博弈的WiFi感知和卸载联合优化方法、系统及存储介质

本发明属于通信，具体涉及一种基于势博弈的wifi感知和卸载联合优化方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、现有技术由于智能设备数量的激增以及用户多元化的通信需求，数据流量呈现爆炸式增长。一方面，无线通信网络基础设施的大规模建设使得使用通信网络越发便捷；另一方面，诸如网络视频、直播、音乐以及游戏和购物等多元化的通信需求，使得通信网络与我们的生活息息相关。为了缓解由日益增长的用户数量和多元化的服务需求所产生的庞大通信数据流量给无线通信网络带来的巨大压力，卸载技术被广泛的研究应用。wifi网络因其能提供高吞吐量和易于部署，在公共场合以及私人空间可以说是无处不在，逐渐融入了人们的日常生活中，常被用来作为流量卸载的方案。

2、随着移动通信技术的发展，通信和感知将作为基本功能逐渐向着通信感知一体化发展。在此过程中，不少研究人员开始关注利用wifi来感知周边环境、探测物体以及识别人类活动。将传感和通信集成到wifi网络中具有实际意义，其无处不在的可用性和成本效益已经得到业界的关注。

3、然而，新增加的感知需求给本就拥挤稀缺的频谱资源带来更多的负担。这需要通过设计合理的卸载方案，以缓解无线网络频谱压力，提高系统性能。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种基于势博弈的wifi感知和卸载联合优化方法、系统及存储介质，针对同时存在wifi感知和wifi卸载情况下的资源分配问题，基于蜂窝基站和wifi接入点的网络模型，以联合优化系统的通信吞吐量和感知互信息量为目标，并基于势博弈获得了蜂窝基站和wifi接入点的接入决策，实现了系统性能的最优化。

2、为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种基于势博弈的wifi感知和卸载联合优化方法，包括：

4、响应于异构网络中同时存在wifi感知和wifi卸载情况的信号，按照就近原则，计算得到蜂窝基站和各wifi接入点的初始用户接入策略；

5、以所有wifi接入点的用户接入策略不再发生改变为条件，不断执行预设的优化方法，得到蜂窝基站和各wifi接入点的用户接入策略；所述优化方法包括：基于所述初始用户接入策略，以考虑用户吞吐量和wifi接入点的感知互信息量的系统总效用最大为目标函数，在其他wifi接入点的策略保持不变的情况下，遍历蜂窝基站和每个wifi接入点所有可行的用户接入策略，采用势博弈求解算法计算并选择总效用值最大的用户接入策略作为自身的用户接入策略；

6、按照各wifi接入点的用户接入策略，执行wifi感知和wifi卸载。

7、可选地，所述响应于异构网络中同时存在wifi感知和wifi卸载情况的信号，计算得到蜂窝基站和各wifi接入点的初始用户接入策略，具体包括：

8、响应于异构网络中同时存在wifi感知和wifi卸载情况的信号，根据蜂窝基站、wifi接入点和用户的位置，计算每个用户到各个wifi接入点和蜂窝基站的距离，并选择距离最近的wifi接入点或蜂窝基站作为初始接入，得到蜂窝基站和各wifi接入点的初始用户接入策略。

9、可选地，每个wifi接入点的效用值的计算公式为：

10、

11、γk＝log2(1+rk)

12、

13、λn＝log2(1+min)

14、其中，un(sn,s-n)表示第n个wifi接入点apn的效用，sn表示第n个wifi接入点apn的用户接入策略，s-n表示由除第n个wifi接入点apn以外的其他各wifi接入点的用户接入策略形成的用户接入策略集，γk表示对数化的接入蜂窝基站的用户吞吐量，表示对数化的第n个wifi接入点apn的用户吞吐量，λn表示对数化的第n个wifi接入点apn的感知互信息量，rk表示接入蜂窝基站的用户k的吞吐量，接入第n个wifi接入点apn的用户i的吞吐量，min表示第n个wifi接入点apn的感知互信息量,表示系统中接入第n个wifi接入点apn的用户集合，表示接入蜂窝基站的用户集合。

15、可选地，所述接入蜂窝基站的用户k的吞吐量rk的计算公式为：

16、

17、其中，表示接入蜂窝基站的用户集合，bce表示蜂窝基站的信道带宽，pce表示蜂窝基站的发射功率，hk表示蜂窝基站到用户k的信道增益，为用户k处接收到的系统噪声功率。

18、可选地，所述接入第n个wifi接入点apn的用户i的吞吐量的计算公式为：

19、

20、其中，表示系统中接入第n个wifi接入点apn的用户集合，bap表示wifi接入点的信道带宽，pap表示wifi接入点的发射功率，hn,i表示第n个wifi接入点apn到用户i的信道增益，为用户i处接收到的噪声功率。

21、可选地，第n个wifi接入点apn的感知互信息量的计算公式为：

22、

23、

24、

25、其中，表示系统中接入第n个wifi接入点apn的用户集合，bap表示wifi接入点的信道带宽，γn表示第n个wifi接入点apn的雷达感知信干燥比，gn,n为apn感知信号在信道中的传输增益，pap表示wifi接入点的发射功率，hm,n表示第m个wifi接入点apm到第n个wifi接入点apn的信道增益，σn2为第n个wifi接入点apn处接收到的系统噪声功率，gt为雷达发射天线增益，gr为雷达接收天线增益，为探测目标相对于第n个wifi接入点apn的雷达有效截面，λ为波长，dn为探测目标到第n个wifi接入点apn的距离。

26、可选地，所述目标函数的表达式为：

27、

28、其中，util表示总效用值，ψn表示各个wifi ap点的感知性能阈值，ξi表示用户的最低吞吐量约束，表示wifi接入点集合，i表示i个均匀分布在小区中的用户，用集合表示。

29、可选地，位于wifi接入点覆盖范围内的用户，接入到wifi接入点或蜂窝基站，不在wifi接入点覆盖范围内的用户只能接入到蜂窝基站。

30、第二方面，本发明提供了一种基于势博弈的wifi感知和卸载联合优化系统，包括处理器及存储介质；

31、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面任一项所述的方法。

32、第三方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述的方法。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果：

34、1、本发明方法以联合优化系统吞吐量和感知互信息量为目标，设计wifi卸载方案。

35、2、本发明方法将系统中的用户卸载问题建立为势博弈进行求解，将系统中的wifi接入点作为势博弈的参与者，将系统的目标函数定义为势函数，通过求解势博弈的纳什均衡点，可以最大化系统的优化目标，得到最优的用户卸载策略。

36、3、不同于传统的异构网络中的资源分配，本发明方法将wifi感知与wifi卸载结合，通过求解最优用户卸载策略，有效提高了系统中用户的通信吞吐量和wifi接入点的感知互信息量。