基于重叠联盟博弈的认知无线电合作频谱感知机制

摘要

本发明公开了基于重叠联盟博弈的认知无线电合作频谱感知机制，它包含以下阶段：（1）、联盟形成阶段，包括以下步骤:S1、生成节点效用函数并设置其效用门限；S2、网络中的设备通过结为不同的联盟，在经历有限次操作之后形成固定的联盟结构；（2）、数据融合阶段，包括以下步骤:S1、每个设备用户广播自身的探测数据；S2、融合的数据；S3、判断出周围的频谱利用情况。本发明的有益效果是：采用分布式的融合机制，各个设备能够自行组织成一个个空间可重叠的联盟，每个联盟内部设备可以共享成员的检测数据，在有效降低了数据传输开销的前提下，完成多用户数据融合，提高了频谱检测准确度，并能够提供更为精细的空间频谱探测。

主权项

基于重叠联盟博弈的认知无线电合作频谱感知方法，其特征在于：采用分布式的融合机制，各个设备能够自行组织成一个个空间可重叠的联盟，每个联盟内部设备共享成员的检测数据，在有效降低了数据传输开销的前提下，完成多用户数据融合，它包含以下阶段：(1)、联盟形成阶段，包括以下步骤:S1、生成节点效用函数并设置其效用门限：用户确定认知无线电网络中的每节点根据通信需求、信号特征、地理位置的参数生成该节点的效用函数U，用户同时设置自身的“效用门限”α，然后确定用户需要探测频谱空隙的空间需求范围Ar和电池容量B_l，该空间需求范围Ar包括发射节点和接收节点且能够覆盖信号影响到的所有区域，效用函数U为正效用和负效用的差值，其表达式为U＝U⁺(r_s,ρ_s)‑U^‑(B_l,D_max),正效用的表达式为U⁺(r_s,ρ_s)＝f(r_s)g(ρ_s)，负效用的表达式为U‑(B_l，D_max)＝h(B_l)w(D_max)，其中，ρ_s为感知密度，定义为有效感知范围内包含k个联盟的节点的密度，${\rho }_s=\frac{\left|S_e\right|}{\left|A_e\right|},$S_e＝{i|i∈∪S_j，i在A_s的覆盖范围内}r_s为感知比，定义为有效感知范围的绝对值与感知范围的绝对值之比，即$r_s=\frac{\left|A_r\cap A_s\right|}{\left|A_s\right|};$有效感知范围为空间需求范围与感知范围之交，即A_e＝A_r∩A_s；感知范围A_s为用户参与了的k个联盟中每个联盟相应的覆盖范围A_i之交，即$A_s={\cap }_{i=1}^k{A}_i;$Dmax为用户参与的k个联盟中联盟成员距离该用户的最远距离；S2、网络中的设备通过结为不同的联盟，在经历有限次操作之后形成固定的联盟结构；(2)、数据融合阶段，包括以下步骤:S1、每个设备用户广播自身的检测数据，保证Dmax距离内所有和自己处于至少一个相同联盟的设备都能够正确解调数据；S2、用户根据收到的检测数据，结合自身的检测数据，采用OR或者AND规则得到融合的数据；S3、用户根据融合数据判断空间需求范围Ar内是否含有频谱空隙，从而判断出周围的频谱利用情况；所述的正效用体现联盟成员的检测数据能够为节点设备频谱感知带来的好处，其中，正效用中的函数f是定义域在0～1上的增函数，g是正实数域上的非负非减的凹函数，具体形式自由选取；所述的负效用体现履行联盟义务，即广播自身检测数据给所有所在联盟成员以及付出的带宽开销和能量开销，其中，负效用中的函数h和w都是正实数域上的非负单调减函数，具体形式自由选取；所述的(1)中联盟形成阶段中步骤S2包括以下步骤：a、初始化时，每个用户自己形成一个独立的联盟，计算初始效用U0；b、然后用户尝试加入新的联盟或者从已经加入的联盟中退出：加入新联盟时，要求用户加入后的效用Unew要大于未加入之前的效用Uold，且该新联盟其他成员的效用或者有所提高，或者虽然下降但仍大于其效用门限；在退出联盟时，仅要求用户退出后的效用Unew要大于未退出之前的效用Uold；c、在经过有限的K次动作后,用户不再加入或退出联盟，此时得到固定的联盟结构。