[发明专利]一种基于改进多目标PSO优化的目标信道访问方法

说明书

本发明公开了一种基于改进多目标PSO优化的目标信道访问方法。首先用粒子位置表示信道访问顺序，因此要将信道序号编码成离散二进制[0,1]序列，为了保证编码后的序列不重复，需要纠正编码。然后引入“V”型函数更新粒子位置，将累积时延和信道容量作为二个适应度函数，确定非支配解并加入到外部档案集中，当达到最大迭代次数，输出外部档案集里的解，每个解均对应一种目标信道访问顺序，这些解都是Pareto最优解。仿真结果表明，所提出的频谱切换算法得到的最优信道访问解集能够兼顾网络的实时性和高吞吐率，算法复杂度较低。

技术领域

本发明属于无线通信中认知无线电领域，特别涉及一种利用多目标PSO优化的累积时延和信道容量联合优化的目标信道访问中目标信道访问方法。

背景技术

无线设备的快速增长导致频带接入需求急剧增加，而据美国联邦通讯委员会(Federal Communications Commission，FC-C)的调查表明，高达85％授权频谱未被充分利用。认知无线电(Cognitive Radio, CR)是一种解决频谱利用率低下和日益增长的频谱接入需求之间矛盾的技术，认知用户(Secondary User,SU)在空时变化的无线电环境中寻找频谱空穴，自适应调整自身参数，机会式接入未被主用户使用的授权频带。为了不影响主用户(Primary User,PU)通信，当认知用户使用的信道中突然出现优先级高的PU时，认知用户必须离开当前信道，寻找新的空闲信道，以保证通信的连续性，这一过程即为频谱切换。目标信道对频谱切换来说至关重要，因为目标信道是通信得以维持的希望。目前，选择目标信道序列的依据有以下几种：剩余空闲时间最长、空闲概率最大、切换时延最短、降低能耗等。

但现有方法都从单个角度选择目标信道，然而实际通信过程中，信道容量也是一个很重要的参考因素，即使切换次数很少，如果信道容量较小，也无法满足认知用户的通信需求。

发明内容

本发明针对现有目标信道序列设计方法的局限性，综合考虑切换累积时延和信道容量，这是一个多目标问题，因此提出一种基于改进多目标PSO优化的目标信道访问方法,一种利用多目标PSO优化的累积时延和信道容量联合优化的目标信道访问方法，以兼顾网络实时性和高吞吐率需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1、建立频谱切换优化模型；

步骤2、建立频谱切换中目标信道访问机制，得到该种机制下切换时延和信道容量函数公式，并设计目标函数；

步骤3、编码及初始化，利用目标信道访问次序对粒子位置x编码，并初始化各种参数；

步骤4、更新全局最优值g,计算每个粒子的目标函数值E[D]和 -E[C],确定非支配解加入到外部档案集NP中，利用自适应网格选择密度最小的粒子作为g；

步骤5、更新个体速度v和位置x，计算每个粒子的目标函数值，即切换时延和信道容量；

步骤6、更新个体最优值p。

步骤7、重复步骤4-步骤6，当达到最大迭代次数，输出NP集中的非支配解集(PF前沿)作为结果集。

本发明的有益效果是：

1、本文提出一种综合考虑累积切换时延和有效信道容量二个目标的目标信道访问方法。该方法能够兼顾网络实时性和高吞吐率，具有有效性和实用性。

2、提出改进的多目标粒子群优化算法，减少时间复杂度，保证了实时性的要求。

3、重新设计编码方式，该编码方法能够纠正重复编码。

4、重新设计位置更新公式，该公式能够增加位置改变概率，增强算法寻优能力。

附图说明

图1为频谱切换示意。