[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

摘要

本发明涉及一种基于合作博弈的认知传感网簇内频谱分配方法，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。首先，认知节点通过簇内局部控制信道将感知到的信道状态信息发送给簇首，簇首利用这些信息，建立信道空闲矩阵；其次利用子信道矩阵、节点优先级权重向量、公用指示向量构建系统效用函数；最后添加两个约束条件，通过最大化系统效用函数得到最优子信道矩阵。本发明提高了频谱分配的公平性，保障剩余能量过低的认知节点独占一个信道资源，提升了现有认知传感网中动态频谱分配的有效性。

主权项

一种基于合作博弈的认知传感网簇内频谱分配方法，其特征在于：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＝{fn，m|fn，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 U ( S ) = Σ n = 1 N ω n ln ( Σ m = 1 M f n , m S n , m ) - - - ( 1 ) 其中：子信道分配矩阵S＝{Sn，m|Sn，m∈{0，1}；n＝1，2，L，N，m＝1，2，L，M}是一个N×M的矩阵；fn，m代表子信道m对于节点n的信道质量；Sn，m代表子信道m对节点n的分配情况，Sn，m＝1表示子信道m分配给节点n使用，否则Sn，m＝0；ωn代表认知节点n的优先级相对应的权重；与节点的优先级相对应的权重ω＝{ωi；i＝1，2，...，N}大小反映了节点对频谱资源的需求及数据的轻重缓急程度，权重值越大表明节点的优先级越高；N为认知节点数；共用指示向量G＝{Gi∈{0，1}；i＝1，2，...，N}用来指示节点是否可以和其他节点共用信道，N为认知节点数；具体方法：将节点剩余能量Pi与一个能量临界值Pth比较，如果pi＞Pth，则对应于该节点的向量位置为“0”；如果Pi＜Pth，则对应于该节点的向量位置为“1”，簇首节点将单独分配信道给该节点，这里i＝1，2，...，N；N为认知节点数；此处能量临界值Pth并不是固定不变的，其取值需使如下表达式成立： Σ i = 1 N G i M ≤ α - - - ( 2 ) 其中：α是系统设定的常数，取值范围为(0，1]；M为子信道数；簇首节点根据传感器节点的剩余能量和子信道数周期性动态调整其取值，保证信道分配的有效性。