专利名称：基于振荡器相位同步的认知网络动态频谱分配方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信网络中对认知网络进行动态频谱分配的方法，利用振荡器相位同步原理，提高了并行处理能力，可快速有效地得到认知网络的频谱分配方案。
背景技术：
认知无线电技术被认为是解决无线电通信中频谱资源使用效率低下的最佳方案， 该技术从频谱再利用的思想出发，在不影响授权用户正常通信的条件下，将授权用户所空闲的频谱分配给认知网络中的用户使用，以提高空闲频谱的使用效率。对认知网络进行动态的频谱分配是认知网络中的关键技术之一，人们也提出了很多方法来对认知网络进行动态的频谱分配，主要包括基于博弈理论的方法，基于图论的方法，和基于拍卖理论的方法。 其中基于图论的方法是将认知网络的频谱分配问题转换成图着色模型，然后利用一些解决图着色问题的算法，如遗传算法，启发式算法等，来对该模型进行图着色，从而获得认知网络的频谱分配结果。现有的基于图论的频谱方法，大都没有考虑进行分配时所用的时间和认知用户在购买频谱时的花费问题，因此现有的方法有可能造成频谱资源在时间上的浪费和增加了用户通讯时的花费。
例如，东南大学申请的专利“认知无线电系统中一种基于图论的频谱分配方法”(专利申请号200910034227. 7，公开号CN 101662783A)。该专利申请所公开的基于图论的频谱分配方法是在计算分配优先级时，将信道可用度和信道连续度综合考虑，同时引入区域呼损率参数，减低了呼损率。该专利申请的方法存在不足之处是，不能实时地得到频谱分配结果，需用相对较长的时间来完成对整个网络进行频谱分配的过程，从而导致了频谱资源在时间上的浪费；同时，该方法在进行频谱分配的过程中侧重考虑了减低呼损率而忽视了认知用户的通讯花费，导致认知用户购买频谱时花费增多，影响了认知网络中频谱资源的优化性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于振荡器相位同步的认知网络动态频谱分配方法，以有效地提高频谱的使用效率，同时降低认知网络中用户购买频谱时的总花费。
本发明的具体步骤如下 (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 彳=1，否则= 0，矩阵对角线上的元素、 =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
权利要求
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~ = 1，否则~ = 0，矩阵对角线上的元素、= 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
其中， ,为振荡器i的相位随时间的变化率，Wi为振荡器i的固有频率，该固有频率在 [-0. 1,0. 1]之间服从均勻分布的随机产生，K为耦合强度，Kmax为补图中所有节点度的最大值，Bij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
之间从均勻分布的随机产生；(5)判定相位同步将N个振荡器在t时刻的相位值elt，e2t…ΘΜ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)，τ(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。
2.根据权利要求1所述的基于振荡器相位同步的认知网络动态频谱分配方法，其特征在于，所述步骤(2)中对频谱干扰图取补图的步骤是，保持认知网络频谱干扰图中节点的网络拓扑结构不变，将每对节点间原频谱干扰图中有连接边的去掉，没有连接边的加上，就得到了该认知网络频谱干扰图的补图。
3.根据权利要求1所述的基于振荡器相位同步的认知网络动态频谱分配方法，其特征在于，所述步骤(4)中的节点度是指一个节点所拥有的连接边的个数。
全文摘要
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。
文档编号H04W16/14GK102186175SQ20111011459
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者吴建设, 焦李成, 李蕊, 缑水平, 李阳阳, 韩红, 王爽, 戚玉涛, 陈为胜 申请人:西安电子科技大学