[发明专利]一种基于协同通信的混合接入频谱的方法

权利要求书

1.一种物联网频谱稀缺环境下基于协同通信的混合接入频谱的方法，其特征在于，物联网环境下协作认知无线电网络包括1个原始发信者PS、1个原始收信者PD、1个聚合中心FC和含有N个次级用户SU的协作认知无线电网络用户集，聚合中心FC利用信道状态信息设计物联网环境下协作认知无线电网络混合接入频谱方法；具体如下：

步骤一、首先计算原始发信者PS和原始收信者 PD之间的直接传输速率；初始化强化学习条件、学习率、折扣因子，表=0，=1,2,…,N，表为第个次级用户的表，表内的值全部为0；

步骤二、设定在时间k上、第个次级用户的状态，其中，代表原始发信者PS与之间的信道增益，代表与原始收信者之间的信道增益，代表的地理位置；

根据强化学习的规则和-贪婪算法，根据状态和预设表选择相应的动作，动作是指是否愿意作为中继，PS与PD之间的传输次数初始设定为1；

步骤三、PS与PD之间进行第次数据传输时，=1,2,…,M，M为预设的传输总次数，聚合中心FC根据信道增益，使用K均值法将PS与之间的信道划分为多个集合，从这些集合中选择协作传输速率最大的作为最优中继集合，随机选中最优中继集合中的第个次级用户作为中继；若时间k上PS与PD之间的第次传输时愿意作为中继，转至步骤四，否则，PS与PD之间直接进行传输，并转至步骤五；

步骤四、PS先将需要传输的信息发给选中的，再将信息转发给PD，未作为中继的次级用户以频谱感知的方式接入频谱传输数据；

步骤五、本次中继传输完成后，计算第次传输后获得的收益，若PS与PD之间未累计达到M次传输，即时，令，转至步骤三，否则转到步骤六；

步骤六、根据计算时间k上每个的全局收益，并根据对M次传输后得到的奖励带宽B进行分配，更新每个的效益函数，根据学习率和折扣因子来更新的表中的值等待下一次传输，转至步骤二；步骤二中，根据强化学习的规则和-贪婪算法，根据状态和表选择相应的动作，如下式：

其中，为正数，为的动作集中由贪婪算法选中的动作，为概率，为动作集，为值；

步骤三中，使用K均值法将PS与之间的信道划分为多个集合，从这些集合中选择协作传输速率最大的作为最优中继集合，此问题转化为以下问题：

Subject to

其中，为第v个中继集合，1≤v≤n，n为中继集合的总数，为优化的目标函数，为大于等于2的一个常数，是原始发信者PS与中继之间信道的信道增益，为原始发信者PS的发射功率，是高斯白噪声噪声功率，是中继，是原始发信者PS与之间信道的信道增益，是的发射功率，是中继与原始收信者PD之间信道的信道增益，是在物联网环境下协作认知无线电网络中的次级用户的最大发射功率，是与原始收信者PD之间信道的信道增益，为PS与PD之间有作为中继的协作传输速率；

步骤五中， 包括第m次传输后获得的收益，

其中，为在时间k上PS与PD之间的第m次传输时传输的数据量，代表时间k上PS与PD之间的第m次传输时是否愿意作为中继，为PS与PD之间有作为中继的协作传输速率；

步骤六中，

根据对M次传输后得到的奖励带宽B进行分配，每个分到进行数据传输，为分到的奖励带宽，的分配与的全局收益成正比，根据下式进行分配：

；

步骤六中，的效益函数进行更新，如下式：

其中，= 1或0，表示在第m次传输时为PS和PD提供协作传输，=1,2,…,M，表示在第m次传输时不为PS和PD提供协作传输；是在第m次传输时为PS和PD提供协作传输时的数据量，是在第m次传输时为PS和PD提供协作传输时的协作传输速率，是的发射/接收单位数据量的基础耗能量，是频谱感知间隔内每秒的采样点数，是向距离的FC传输单位数据量的能量，为M次传输中通过频谱感知机会接入传输成功的数据量，是频谱感知耗费的能量，是在物联网环境下协作认知无线电网络中的的最大发射功率；

步骤六中值的更新方法如下：

其中，是处于某状态采取某动作对应的值，为时间k上定义的效益函数，为预测的（k+1）时间上第个次级用户 的状态,为动作集。