基于振荡器相位同步的认知网络动态频谱分配方法

摘要

本发明提出了一种基于振荡器相位同步的认知网络动态频谱分配方法，克服现有技术中频谱使用效率较低且用户花费较高的问题。其实现步骤是：(1)绘制频谱干扰图；(2)取补图；(3)初始化；(4)求解相位值；(5)判定相位同步；(6)节点分组；(7)同步组排序；(8)分配频谱；(9)获得频谱分配方案。本发明提出的方法减少了频谱分配过程中所需的时间，有效提高了频谱的使用效率；同时，该方法在频谱分配的过程中充分考虑了用户购买频谱时的花费，给尽可能多的用户分配费用较低的频谱，因而降低了认知网络中用户的总花费。

主权项

1.一种基于振荡器相位同步的认知网络动态频谱分配方法，具体步骤如下：(1)绘制频谱干扰图：将N个认知用户组成的认知网络拓扑结构抽象成图，图中每一个节点与每一个认知用户一一对应；(2)取补图：对频谱干扰图取补图，写出该补图的邻接矩阵，若补图节点i与节点j之间有连接边，则其邻接矩阵中的对应元素a_ij＝1，否则a_ij＝0，矩阵对角线上的元素a_ii＝1；(3)初始化：生成与认知网络中可使用的频谱数M相同个数的空同步组；(4)求解相位值：补图中的每一个节点与一个振荡器一一对应，振荡器的相位变化值对应节点的相位变化值，在MATLAB环境下，通过求解以下方程获得每一个振荡器在0～t时刻内的相位变化值：${\stackrel{·}{\theta }}_i=w_i+\frac{K}{K_{\max }}\underset{j=1}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{ij}}\sin ({\theta }_j-{\theta }_i),(i=\mathrm{1,2}···N)$其中，为振荡器i的相位随时间的变化率，w_i为振荡器i的固有频率，该固有频率在[-0.1，0.1]之间随机产生且服从均匀分布，K为耦合强度，K_max为补图中所有节点度的最大值，a_ij为补图的邻接矩阵中的对应元素，θ_i为振荡器i的相位，振荡器的初始相位在[0，2π]之间随机产生且服从均匀分布；(5)判定相位同步：将N个振荡器在t时刻的相位值θ_1t，θ_2t…θ_Nt两两进行比较，若相位θ_it与相位θ_jt满足关系式T＜cos(θ_it-θ_jt)，T(0＜T＜1)为阈值常数，则判定振荡器i与振荡器j相位同步，否则，判定振荡器i与振荡器j相位不同步；(6)节点分组：在步骤(5)中得到的相位同步结果中，将每一组相位同步的振荡器所对应的节点放入一个同步组中，以此类推，完成将N个节点划分到M个同步组中的过程；(7)同步组排序：将M个同步组按照其节点数从大到小的顺序依次排序；(8)分配频谱：将M个频谱按照其费用从小到大的顺序依次分配给步骤(7)中排序后的同步组，每一个同步组都对应一个频谱；(9)获得频谱分配方案：将同步组所对应的频谱分配给该同步组中所有节点所代表的用户共同使用，以此类推，完成给认知网络中的所有用户分配频谱的过程。