认知无线电网络信号的多智能体传输方法和终端设备

摘要

本发明公开了一种认知无线电网络信号的多智能体传输方法和终端设备，方法包括：将分布在同一区域内的网络节点划属为不同逻辑层面；利用CBBA算法，建立每个逻辑层面上所有网络节点之间的逻辑拓扑结构，实现认知无线电网络信号的传输，具体为：当在复杂环境下，发生突发故障时，建立每个逻辑层面上所有网络节点之间的逻辑拓扑结构；消解逻辑拓扑结构中的不同突发任务之间的冲突。本发明在互联互通的认知无线网络中通过研究复杂环境下突发事件的各种情况（突发威胁、随机目标的出现或消失、目标优先级的改变、信号问题或故障等），建立不同的突发事件模型对应不同的任务分配目标函数及约束条件模型并求解，提高了认知无线电网络的传输性能。

说明书

技术领域

本申请涉及一种认知无线电网络信号的多智能体传输方法和终端设备，属于无线信号传输技术领域。

背景技术

万物互联涉及到智能制造、智慧医疗、智慧城市、物联网大数据，都需要大量的无线连接，所有的无线连接都需要频谱，频谱资源的有限性和对频谱资源的无限需求，为民用认知无线电技术创造了巨大的市场应用空间。

认知无线电网络，能够覆盖很宽的频段，意图完全使用软件来全面完成信号的基带处理、中频调制以及产生射频信号波形。通过加载不同的软件，认知无线电系统可支持不同的波形，支持不同的协议栈，灵活支持全新的系统能力，具备自组网，频谱感知，抗干扰，自适应，低时延，操作维护简单等特性，并能实现和既有无线系统的互联互通。

在互联互通的认知无线网络中，由于环境复杂会出现各种突发事件，例如：突发威胁、随机目标的出现或消失、目标优先级的改变、信号问题或故障等，如何处理上述突发事件，以保证无线信号传输的稳定性及准确性至关重要。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种认知无线电网络信号的多智能体传输方法和终端设备，以解决无线信号传输中的各种突发事件，保证传输的稳定性及准确性。

本发明的第一实施例提供了一种认知无线电网络信号的多智能体传输方法，包括：

将分布在同一区域内的网络节点划属为不同的逻辑层面；

利用CBBA算法，建立每个所述逻辑层面上的所有网络节点之间的逻辑拓扑结构，实现认知无线电网络信号的传输。

优选地，所述将分布在同一区域内的网络节点划属为不同的逻辑层面，具体为：

所述网络节点周期性收集其邻节点信息，得到邻节点表，所述网络节点分布在同一个区域内；

所述网络节点间交换所述邻节点表，运行K跳关键节点探测算法探测得到该区域内的关键节点；

根据所述关键节点，将所有网络节点划属为不同的逻辑层面。

优选地，所述根据所述关键节点，将所有网络节点划属为不同的逻辑层面，具体为：

当所述网络节点从wlan频段切换到非授权频段时，判断其是否为所述关键节点，若是，则拒绝切换请求，若否，则接受切换请求，进行切换；

当所述网络节点从非授权频段切换到wlan频段时，直接进行切换；从而将所有网络节点划属为wlan频段对应的逻辑层面和非授权频段对应的逻辑层面。

优选地，在所述将分布在同一区域内的网络节点划属为不同的逻辑层面之后，还包括：

判断每个所述逻辑层面中的所述网络节点的密集程度；

如所述密集程度大于或等于密集度阈值，则降低节点度数大于最大度数阈值的所述网络节点的发射功率；

如所述密集程度小于所述密集度阈值，则增加节点度数小于最小度数阈值的所述网络节点的发射功率。

优选地，所述利用CBBA算法，建立每个所述逻辑层面上的所有网络节点之间的逻辑拓扑结构，实现认知无线电网络信号的传输，具体为：

当在复杂环境下，发生突发故障时，建立每个逻辑层面上的所有所述网络节点之间的逻辑拓扑结构具体为：

分别在每个逻辑层面上，计算Agent

结合所述所有任务区的边际得分

从所述任务区中确定符合预设条件的任务区

根据所述符合预设条件的任务区

如所述边际得分

优选地，所述结合所述所有任务区的边际得分

根据公式（1）确定所述Agent

式中，

优选地，从所述任务区中确定符合预设条件的任务区

根据公式（2）确定符合预设条件的任务区

式中，

根据公式（3）确定能够获得最大得分的插入位置

式中，

根据公式（4）确定任务区

优选地，所述更新所述Agent

根据公式（5）更新所述Agent

式中，

根据公式（6）更新共享的信息向量，所述公式（6）为：

优选地，在所述当在复杂环境下，发生突发故障时，建立每个逻辑层面上的所有所述网络节点之间的逻辑拓扑结构之后，还包括：

各个相邻Agent之间分享消息，所述消息包括获胜者集合

接收者根据接收到所述消息，采取对应的机制处理其内的每个任务区，所述机制包括：更新机制、复位机制和离开机制，具体地：

所述更新机制为：

所述复位机制为：

所述离开机制为：

所述时间戳

式中，

本发明的第二实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明的认知无线电网络信号的多智能体传输方法和终端设备相较于现有技术，具有如下有益效果：

本发明在互联互通的认知无线网络中通过研究复杂环境下突发事件的各种情况（突发威胁、随机目标的出现或消失、目标优先级的改变、信号问题或故障等），建立不同的突发事件模型对应不同的任务分配目标函数及约束条件模型，并采用Extended-CBBA(ECBBA)策略进行求解，提高了认知无线电网络的传输性能。

附图说明

图1为本发明实施例中认知无线电网络信号的多智能体传输方法的流程图；

图2为本发明实施例中认知无线电网络信号的多智能体传输方法中基于SRN的无线电网络结构基础示意图；

图3为本发明实施例中认知无线电网络信号的多智能体传输方法中节点度数的拓扑控制算法流程图；

图4为本发明实施例中认知无线电网络信号的多智能体传输方法中所依据的突发故障模型及其处理策略设计图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

图1为本发明认知无线电网络信号的多智能体传输方法的流程图。

图2为本发明实施例中认知无线电网络信号的多智能体传输方法中基于SRN的无线电网络结构基础示意图。

软件无线电（software defined radio- SDR），如图2所示，通过调用配套软件算法来改变它的工作频率，所占据的带宽以及所遵守的不同的无线标准。

本发明第一实施例的认知无线电网络信号的多智能体传输方法，包括：

步骤1、将分布在同一区域内的网络节点划属为不同的逻辑层面，具体包括如下步骤：

步骤1.1、网络节点周期性收集其邻节点信息，得到邻节点表，此处所指网络节点分布在同一个区域内；

具体地，网络节点间通过交换Hello分组和Ack分组收集邻节点信息，统计邻节点的个数，得到邻节点表。

步骤1.2、网络节点间交换邻节点表，运行K跳关键节点探测算法探测得到该区域内的关键节点；

具体地，网络节点间交换邻节点表，得到两跳拓扑信息，利用该信息运行K跳关键节点探测算法，探测出网络中的关键节点，置关键节点标志位。

步骤1.3、根据关键节点，将所有网络节点划属为不同的逻辑层面；

具体地，对节点切换行为进行分析，对可能出现的以下两种情况进行分别处理。步骤如下：

情况a：当网络节点从wlan频段切换到非授权频段（如wimax频段）时，当网络节点发现自己有信道切换需求时，首先检查自己是否为关键节点，若是关键节点，则拒绝切换请求，反之，则接受切换请求，进行切换；

情况b：当网络节点从非授权频段切换到wlan频段时，直接进行切换；即网络节点由于需求（如授权用户出现）从其他非授权频段切换回wlan频段时，直接重新接入wlan频段即可。从而将所有网络节点划属为wlan频段对应的逻辑层面和非授权频段对应的逻辑层面。

上述属于相同逻辑层面内的网络节点使用同一工作频率，直接进行通信，构成该层次上的网络逻辑拓扑结构。

由于每个逻辑层面的网络内节点数量可多可少，对于网络节点比较密集的逻辑层面或者网络节点较为稀疏的逻辑层面，需要对其进行处理，具体为：

步骤1→2、判断每个逻辑层面中的网络节点的密集程度；

如密集程度大于或等于密集度阈值，则降低节点度数大于最大度数阈值的网络节点的发射功率；从而实现在保证网络容量和传输性能的前提下降低网络的能耗；

如密集程度小于密集度阈值，则增加节点度数小于最小度数阈值的网络节点的发射功率。其是通过在一定程度上牺牲节点的能耗来换取网络拓扑在连通度方面的性能。

本申请拓扑优化节点的切入和切出wlan频段行为，使得wlan频段层面的网络拓扑变化，从而采用基于节点度数的k-NEIGHLEV算法，调整节点的发射功率，即对节点度数过大的节点减小发射功率，降低节点度数；对节点度数过小的节点增加发射功率，增大节点度数，基于节点度数的拓扑控制算法结构如图3所示。

步骤2、利用CBBA算法，建立每个所述逻辑层面上的所有网络节点之间的逻辑拓扑结构，实现认知无线电网络信号的传输。

本发明中，分布在同一区域内的节点分别工作在两个不同的频谱区间内，在逻辑上构成两个不同的网络；每个逻辑拓扑之上的节点，基于CBBA策略在无线链路上形成本层次上的逻辑拓扑结构。

CBBA（Consensus-Based Bundle Algorithm)主要研究的是哪些Agent执行哪些任务区的问题，是一个分布的、多项式时间的、基于市场竞拍任务分配协议的算法，是一个能够避免冲突，高效解决突发事件的任务分配算法。

在详述本步骤之前，先对其中所涉及的参数进行阐述。

束（Bundle）：将束集定义为

路径（Path）：将路径集合定义为

时间（Time）：时间集合定义为

获胜者（Winning Agents）：获胜者集合可表示为

获胜者出价（Winning Bids）：获胜者出价集合为

时间戳（Time Stamps）：时间戳为

下面将详述步骤2。

图4为本发明实施例中认知无线电网络信号的多智能体传输方法中所依据的突发故障模型及其处理策略设计图。

当在复杂环境下，发生突发故障时，建立每个逻辑层面上的所有所述网络节点之间的逻辑拓扑结构具体为：

步骤a：分别在每个逻辑层面上，计算Agent

步骤b：利用公式（1）确定确定Agent

步骤c：利用公式（2）求得最符合条件的任务区

步骤d：若

步骤e：利用公式（5）更新Agent

步骤f：利用公式（6）更新共享的信息向量：

步骤g：如果

面对复杂环境下不同突发任务的ECBBA算法的冲突消解阶段，具体为：

步骤a： 当所有Agent从相邻的Agent中得到

步骤b：假设各个相邻Agent之间同时分享以下消息：获胜者集合

m为在通信拓扑中与Agent

步骤c: 本阶段的更新机制，具体是，当发送信息者Agent

（1）更新机制：

（2）复位机制：

（3）离开机制：

步骤d: 当接收者Agent

表1

本发明的第二实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明在互联互通的认知无线网络中通过研究复杂环境下突发事件的各种情况（突发威胁、随机目标的出现或消失、目标优先级的改变、信号问题或故障等），建立不同的突发事件模型对应不同的任务分配目标函数及约束条件模型，并采用Extended-CBBA(ECBBA)策略进行求解，提高多通用飞机的战术使用灵活性。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。