[发明专利]具有射频能量收集能力的认知无线电网络的优化方法

说明书

本发明属于认知无线电频谱感知技术领域，具体涉及具有射频能量收集能力的认知无线电网络的多目标优化方法。本发明包括：初始种群的产生；计算适应度值；对种群个体进行非支配排序并计算拥挤距离；竞争式选择较优个体；模拟二进制交叉；多项式变异；个体修正；重组并选择最优的一组个体进入下一代；截止。本发明能够全面考虑多节点多信道的认知无线电网络的系统有效吞吐量和能量收益两个目标，相比随机感知方法，能够获得更大的系统有效吞吐量和能量收益；且通过多目标优化算法求得的最优前沿，可以动态地选择感知策略，在保证系统有效吞吐量满足网络需求的同时，最大化地收集射频能量。

技术领域

本发明属于认知无线电频谱感知技术领域，具体涉及一种基于多目标优化算法的具有射频能量收集能力的认知无线电网络的多目标优化方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，频谱资源紧缺的问题越来越严重。传统的固定频谱分配策略已经不能满足人们对频谱需求日益增长的需要。认知无线电技术的出现改变了以往固定的频谱分配方式，使非授权用户可以在不影响授权用户工作的情况下使用频谱，为解决频谱紧缺的问题提供了一种有效的解决方案，是未来通信发展的必然趋势。

在传统的能量受限的无线通信系统(无线传感网络)中，无线节点的能量供给永远是一个至关重要的方面。传统的无线节点都是通过电池供电，而电池需要定时充电或更换，不仅增加了人工维护成本，在低电池电量的情况下还会影响网络的性能。而最近，能量收集技术的发展使得无线节点的长期运行和免维护成为可能。能量收集技术多种多样，包括太阳能、射频能量、风能和机械能等等。能量收集技术已经被应用在多种无线网络中，其中就包括认知无线电网络，使得认知无线电网络不仅能提高频谱利用效率，而且提高了认知无线电网络次级用户的能量效率。

在目前已知的能量收集技术中，射频能量收集技术被认为特别适合认知无线电网络，具体原因包括以下4点，首先，随着通信系统在全球的快速发展，射频资源随处可得，从而能够为次级用户提供大量能量；其次，射频能量能够远距离传送，使得移动的次级用户能够灵活地收集能量；再者，射频能量能够向各个方向传播，使得多个次级用户能够同时收集该射频能量；最后射频能量能够通过调整射频源的传输功率来控制。

尽管射频能量收集技术在认知无线电网络应用中具有如此多的优势，将射频能量收集技术应用到认知无线电网络中并不是直接且简单的。射频能量资源需要和射频频谱资源同时进行管理和优化，这就使得其他能量收集技术的能量管理方法并不能直接应用到具有射频能量收集能力的认知无线电网络中。

认知无线电实现的关键是频谱感知技术。而在认知无线电网络中，合作频谱感知技术是目前广泛采用的频谱感知技术，能够有效解决由于信道衰落和阴影效应导致的单节点感知不准确的问题。而对于具有多个子信道的频谱感知，为了增加整个认知网络的吞吐量，一般感知的子信道数越多越好，然而这样又会使得总的感知时长变长，从而降低用于数据传输的时间，导致网络吞吐量降低。另外，针对单个子信道的合作频谱感知，感知用户的数量越多，感知结果越准确，但是能量消耗也会随之增加。因此，对于具有射频能量收集能力的认知无线电网络，最重要的问题是确定感知策略，即确定合作频谱感知的感知用户数、子信道数和感知时长，使得网络总吞吐量和总能量收益达到最优。