[发明专利]认知无线电网络中基于重复博弈的组播路由算法

摘要

本发明属于认知无线电组播路由领域，尤其涉及路由选择问题。针对认知无线电网络频谱分配的动态性和差异性，设计了一种组播路由算法。本发明的算法主要包括如下步骤：1、建立组播路由算法的单阶段博弈模型；2、参与节点i的端到端延迟时间；3、建立组播路由算法的多阶段博弈模型；4、验证算法可靠性。本发明通过将路由选择的历史参与到下次路由选择中，从而简化了算法的冗余度。此外，基于动态博弈中重复博弈论的思想，在路由选择中引入声誉，解决了在不对主用户造成干扰的情况下，认知节点既能保证其所选路径满足端到端延时最小的条件，又能使路由算法的冗余度达到简化的算法设计目标。

主权项

1.认知无线电网络中基于重复博弈的组播路由算法，所述算法具体步骤如下：1.1建立组播路由算法的单阶段博弈模型：在该博弈模型中，博弈的参与者是认知无线电网络中的所有理性认知节点，行动策略是参与选路的节点选择路径的集合，效用函数是实现从认知节点到目标节点之间所选路径的端到端延时最小，针对认知无线电网络中的路由选择博弈过程，形式化定义如下：①博弈G中的每个阶段子博弈为Γ；②网络中共有n个理性认知节点，它们组成博弈参与者集合N，N＝{1，2，...，n}；③S_i表示参与节点i的策略集，定义集合S＝{S₁，S₂，...，S_n}；④定义效用函数集U_i：S→R，效用函数U_i(v_ij)；⑤在博弈G中，对于每一个参与节点i，效用函数U_i是S_i和其对手S_-i的函数，其中，S_i是参与节点i的策略，S_-i是其对手的策略；⑥贴现因子δ看成是认知节点关于历史偏好的变量；基于以上说明，该博弈模型如下：G＝{Γ，N，{S_i}_i∈N，{U_i}_i∈N，δ}；1.2参与节点i的端到端延迟时间；假定参与节点i选择路径j，假设链路的容量为c_j，链路上数据流的速率为v_j，则单个包在路径上的延迟时间为1/(c_j-v_j)；认知网络中有多个参与节点，所以考虑多个数据流的情况，假设网络有n个理性路由器R₁，R₂，...，R_n，即博弈的参与者，这些路由器分别以λ₁，λ₂，...，λ_n的泊松分布形式向网络发送数据；假设R_i所选择的路径为l_j，则其处理能力，即链路容量为μ_ij；v_ij表示认知节点i沿路径j转发数据流的速率；定义数据流在每条路径上的延迟时间为Dij(vij)=1/(cij-Σk=1nvkjλk)]]>则参与节点i的端到端延迟时间为Ui(vij)=Σj=1nvijDij(vij)=Σj=1n[vij/(cij-Σk=1nvkjλk)]]]>1.3建立组播路由算法的多阶段博弈模型；假定，表示节点i在t时间的行动策略，每一个阶段的策略t时间的历史h^t＝(a⁰，a¹，...，aⁿ)，则节点i在t阶段博弈中的行动策略可以表示为这里在t阶段的重复博弈中，节点的效用函数为Uit(vijt)=Σj=1nvijtDijt(vijt)=Σj=1n[vijt/(cij-Σk=1nvkjtλk)]]]>则其中，ρ_ij(k)表示节点i选择链路j的概率，且ρ_ij∈[-1，1]上式中，表示认知节点i选择的链路j在t时间时的声誉定义此时节点的效用函数为其中，α，β为加权因子对于每一时间t，参与者i的效用是则效用流可以表示成(1-δ)Σt=0∞δtsit]]>1.4验证算法可靠性由步骤1.1得到了该博弈的效用函数U_i，每个参与节点选择延迟时间最短的路径，要求延迟时间最小，即min{U_i(v_ij)}利用规划求解法，该博弈模型中参与节点i的最优解为：vij=[cij-(cij)1/2(Σj=1ncij-λi)/Σj=1n(cij)1/2]/λi]]>即，当v_ij取该值时，参与节点所选择的路径延迟时间最小。