[发明专利]一种基于合作博弈的认知传感网簇内频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明是传感器网络电磁频谱监测关键技术中簇内频谱分配的一种方法，该方法基于合作博弈理论的思想，属于移动通信技术领域。

背景技术

频谱分配是指根据认知节点的数目和其服务要求将空闲频谱分配给一个或多个节点，主要目的是通过一个自适应策略有效地选择和利用空闲频谱。利用动态频谱分配策略，可以有效地提高无线通信的灵活性，避免授权用户和认知节点之间的冲突。

国内外一些专家、学者对基于博弈论的认知网络频谱分配已经做了大量的研究，比如利用博弈论的思想分别在时域、考虑主用户的干扰等方面对频谱分配算法进行研究。也有相关技术针对分布式认知无线电网络结构，提出了基于潜在博弈论的频谱分配算法和基于无悔学习理论的频谱分配算法，允许不同用户同时使用相同信道，以最小化系统总信干比(SIR，Signal to Interference Ratio)水平为目标，但是需要接收机和发射机之间进行相关信令的交换，因此，一个不受主用户干扰的公共控制信道是算法的必须，但是在许多的应用场景中，这样的条件显然是不切实际的。

Sang-Seon Byun(卞桑善)等人在文献“Dynamic Spectrum Allocation in Wireless Cognitive Sensor Networks：Improving Fairness and Energy Efficiency”(无线传感网络中的动态频谱分配：改善公平性和能量有效性)(IEEE Vehicular Technology Conference[C]，Calgary，Canada，2005：1-5，电气与电子工程协会车辆技术研讨会)中，使用修正博弈论(MGT，Modified Game Theory)，提出了一种集中式的认知无线电传感器网络频谱分配算法，该算法主要是基于以下目标：(1)尽量保证频谱分配公平性；(2)最大化频谱利用率；(3)兼顾数据传输优先级；(4)减少频谱切换。另外，为获得近似MGT的解决方案，该算法采用了合作型博弈论，实验结果表明，它在考虑各节点优先级及最小化频谱切换的同时，实现了较好的频谱分配公平性。但是簇内只有一个簇首节点负责频谱感知。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一个基于合作博弈的认知传感网簇内频谱分配方法，在兼顾节点优先级和剩余能量的前提下，完成簇内认知节点之间公平有效的频谱分配。

技术方案：一种基于合作博弈的认知传感网簇内频谱分配方法，传感网分成若干簇，将信道分配问题建模成一个博弈的输出；在这个博弈过程中，参与者是认知节点，策略是他们对信道的选择，并且效用和他们所选择的信道质量相关联，添加两个约束条件后，通过最大化系统效用函数得到最佳子信道分配矩阵；

该方法包括以下几个步骤：

步骤1：建立空闲矩阵

认知节点n依次对本地环境子信道m进行感知，然后将信道使用状况、空闲信道的质量，通过簇内局部控制信道发送给簇首，簇首利用各节点传送来的信道状态信息，建立起信道空闲矩阵F＝{f_n，m|f_n，m∈[0，l]}，表示频谱对于认知节点是否可用以及可用信道的质量，其中l是感知次数；n＝1，2，…，N；N为认知节点数；m＝1，2，…，M；M为子信道数；

步骤2：建立系统效用函数

系统效用函数为