[发明专利]一种基于区块链的认知无线电系统的功率分配方法

权利要求书

1.一种基于区块链的认知无线电系统的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、授权用户通过交易管理功能发起功率分配，系统启用身份管理功能验证授权用户的身份；若验证通过，则授权用户等待认知用户参与功率分配，执行步骤S2；若验证不通过，则交易终止；

S2、认知用户通过交易管理功能参与功率分配，系统启用身份管理功能验证认知用户的身份；若验证通过，则认知用户拥有参与功率分配的权利；若验证不通过，则认知用户不能参与功率分配；

S3、系统调用智能合约中写入的功率分配算法执行功率分配；

所述步骤S3包括以下步骤：

S31、确定认知用户收益函数；认知用户以Underlay的方式与授权用户以相同频段进行传输，其信干噪比表示为：

其中，L表示系统的扩频增益，且L＞1，i、j表示认知用户的编号，p_i、p_j分别表示认知用户i、认知用户j的传输功率，g_i、g_j分别表示认知用户i、认知用户j到基站处的链路增益，σ²表示周边噪声，n表示认知用户的数量；

认知用户的收益包括收入、成本和系统补贴；认知用户的收益u_i表示为：

其中：α_i是通信收益系数，λ_i是单位功率需收取的费用，h_i表示用户的信用值，h₀表示标准信用值，a_i表示用户的活跃度，a₀表示标准活跃度，为优惠系数，

S32、确定最优定价影响因素；把认知用户策略交互看成非合作博弈，在除去认知用户i的其他认知用户的传输功率为p_-1＝(p₁,p₂,...,p_i-1,p_i+1,...,p_n)的情况下，求得p_i＝argmaxu_i；对公式(2)求极值，得到定价λ_i：

S33、确定授权用户最大收益函数；把基于定价的功率分配问题转化为授权用户利益的最优化问题，授权用户的最大化收益表示为：

式中：P_tot表示所有认知用户在基站处接收到的功率总和的上限，P_max表示单个认知用户发射在基站处接收到的功率上限，把公式(3)代入公式(4)得到授权用户最大收益函数：

S34、自适应粒子群算法求解最优解；当P_max不做限制，拉格朗日乘子记为β，根据KKT条件，由公式(5)转化得到：

式中，记为p_i的最终解，当p_i＞0时，当p_i＜0时，默认不分配功率给该认知用户，则当所有认知用户的功率之和等于P_tot是最理想的条件，构造成剩余频谱最少的情况，适应度Fit为：

Fit＝min|P_tot-(p₁g₁+p₂g₂+...+p_ng_n)| (7)

S35、自适应粒子群算法求解最优解；

初始化种群参数包括：种群数量Num，最大迭代次数step，学习因子c₁、c₂，惯性权重ω，最小惯性权重ω_min，最小误差d_min；

求解最优分配的具体方法为：

S351、随机初始化粒子的位置和速度；

S352、迭代次数置为k＝1；

S353、粒子根据v_k+1＝ωv_k+c₁r₁(pos_kbest-pos_k)+c₂r₂(pos_gbest-pos_k)更新速度；

S354、粒子根据pos_k+1＝pos_k+v_k更新位置；

S355、更新局部最优解和全局最优解；

S356、自适应调整惯性权重ω；

S357、k+＝1，循环执行步骤S353至S356，直到适应度值小于d_min或k＝step；

其中，v_k、v_k+1分别表示第k次、第k+1次迭代的速度，pos_k、pos_k+1分别表示第k次、第k+1次迭代的位置，r₁、r₂表示0到1之间的随机值，pos_kbest表示第k次迭代的局部最优值，pos_gbest表示全局最优值；惯性权重ω的调整遵循如下规则：

式中：k₁、k₂是控制参数，用来控制对ω的调节能力；Fit_m表示全局最优适应度，Fit_k表示所有粒子适应度的平均值；Fit'_avg表示对大于平均适应度的粒子的适应度的平均值；获取最优β，由公式(6)获得p_i，由公式(3)获得λ_i；

S4、系统使用交易管理功能，对交易进行结算和支付；

S5、系统使用账本管理功能，对交易结果加密处理并打包成区块。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的认知无线电系统的功率分配方法，其特征在于，所述步骤S3中，h₀＝100，a₀＝100，Num＝70，step＝200，c₁＝2、c₂＝2，ω＝0.8，ω_min＝0.6，d_min＝0.001。