大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同方法

摘要

本发明提出了一种大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同方法，各个用户自己独立形成簇，确定各个用户在各个信道上可获得的数据速率；根据邻居干扰度进行分布式网络分簇；簇头以集中式机制完成对簇成员的频谱信道分配；簇边缘用户根据来自于其他簇内相邻用户的传输干扰，通过自主学习独立调整信道选择策略。本发明联合考虑无线自组织网络的规模和可用频谱资源，采用集中式资源分配和分布式自主资源分配相结合的方式，通过分层分簇划分资源、临近分簇自主协同频谱资源的方法，实现大规模无线自组织网络无干扰频谱资源分配的快速化，提高了频谱分配效率。

说明书

技术领域

本发明涉及无线自组织网络通信技术，具体涉及一种大规模无线自组织网络 半自主快速频谱协同方法。

背景技术

随着人们对于通信业务需求的不断提升，物联网、无人机网络等大规模密集 无线自组织网络已经成为发展趋势，它们会给当前研究带来前所未有的挑战。因 此，探索研究大规模组网中的频谱资源优化机制已经迫在眉睫。大规模组网相比 于常规网络的突出特点就是网络规模庞大，用户数目众多，数据传输的通信和计 算复杂度剧增，这些特征都给当前研究带来史无前例的挑战。

现有研究中网络的频谱资源优化方法主要分为集中式和分布式方案。然而， 在大规模组网中，很多机制便不再适用。一方面，由于用户的大量随机部署，集 中控制很难实现，且巨大的收发信号开销和计算复杂度也使得集中式方法失去效 用。因此，低复杂度的分布式机制成为研究此类网络的首选方案。然而，另一方 面，虽然分布式机制相比于集中式机制具备易于执行和更好的拓展性等优势，但 是，分布式方案的性能却不抵集中式，且传统的分布式算法在大规模组网中的收 敛速度也会变得很慢，这些不足也限制了分布式机制的性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同方 法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种大规模无线自组织网络半自主快速 频谱协同方法，具体步骤如下：

步骤1，初始化：各个用户自己独立形成簇，确定各个用户在各个信道上可 获得的数据速率；

步骤2，自组织网络分簇：根据邻居干扰度进行分布式网络分簇；

步骤3，各个簇内进行频谱信道划分：簇头以集中式机制完成对簇成员的频 谱信道分配；

步骤4，簇边缘用户的频谱信道自主调整：簇边缘用户根据来自于其他簇内 相邻用户的传输干扰，通过自主学习独立调整信道选择策略。

进一步的，步骤1，各个用户自己独立形成簇，确定各个用户在各个信道上 可获得的数据速率，具体方法为：

有K个随机部署的自组织网络用户，N个带宽为Δf的有效正交信道存在， 定义用户集合为K，K＝{1,2...K}，|K|＝K，有效信道集为N，N＝{1,2...N}， |N|＝N；把N×K维的矩阵

用户k在子信道n上可获取的信干噪比为：

基于香农容量定理，用户k在信道n上可获得的数据速率为：

进一步的，步骤2，根据邻居干扰度进行分布式网络分簇，具体方法为：

2.1，初始化：定义s

2.2，循环i＝1到K，s

2.3，循环i＝1到K，如果s

2.4，将在簇c

进一步的，步骤3，簇头以集中式机制完成对簇成员的频谱信道分配，具体 方法为：

3.1，初始化：定义β∈{1,2...N}为干扰图G中顶点的信道编号，N是信道 的总数目，簇c

3.2，当β≤N时，如果簇c

3.3，当β＞N时CH

进一步的，步骤4，簇边缘用户根据来自于其他簇内相邻用户的传输干扰， 通过自主学习独立调整信道选择策略，具体方法为:

4.1，初始化：定义

4.2，循环i＝1到|N

4.2，计算用户s

4.4，重复步骤4.2～4.3，完成下一时刻簇边缘用户的频谱信道分配。

一种大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同系统，基于任一项所述的方 法进行大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同分配。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运 行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述的方法进行 大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同分配。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理 器执行时实现任一项所述的方法进行大规模无线自组织网络半自主快速频谱协 同分配。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：联合考虑无线自组织网络的规模和 可用频谱资源，采用集中式资源分配和分布式自主资源分配相结合的方式，通过 分层分簇划分资源、临近分簇自主协同频谱资源的方法，实现大规模无线自组织 网络无干扰频谱资源分配的快速化，提高了频谱分配效率。

附图说明

图1是本发明的算法流程图。

图2是用户数目变化条件下的系统性能对比图。

图3是算法收敛过程中选择不同信道的用户数目示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以 解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同方法，把集中式资源分配 和分布式自主频谱资源分配的方法结合起来，形成更具有实用价值的频谱资源优 化方法。如图1所示，具体步骤如下：

步骤1，初始化：各个用户自己独立形成簇，确定各个用户在各个信道上可 获得的数据速率。

初始定义：

有K个随机部署的自组织网络用户，N个带宽为Δf的有效正交信道存在， 定义用户集合为K，K＝{1,2...K}，|K|＝K，有效信道集为N，N＝{1,2...N}， |N|＝N。把N×K维的矩阵

用户k在子信道n上可获取的信干噪比为：

基于香农容量定理，用户k在信道n上可获得的数据速率为：

步骤2，自组织网络分簇：根据邻居干扰度进行分布式网络分簇。

步骤3，各个簇内进行频谱信道划分：簇头以集中式机制完成对簇成员的频 谱信道分配。

设β∈{1,2...N}为干扰图G中顶点的信道编号，N是信道的总数目，簇c

步骤4，簇边缘用户的频谱信道自主调整：如果簇边缘的用户受到来自于其 他簇内相邻用户传输干扰，用户通过自主学习独立调整它们的信道选择策略。

设

λ为折扣因子(0≤λ＜1)，

设A＝(a

本发明还提出一种大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同系统，基于任 一项所述的方法进行大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同分配。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运 行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述的方法进行 大规模无线自组织网络半自主快速频谱协同分配。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理 器执行时实现任一项所述的方法进行大规模无线自组织网络半自主快速频谱协 同分配。

实施例

为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。

设置仿真场景如下：在一个正方形区域中随机部署的无线自组织密集网络， 是由50个用户随机部署在100m×100m的方形区域中的大规模密集网络，每一个 用户的覆盖半径为10m。网络中有5个有效子信道。有效频谱被分为多个正交子 信道，带宽为180kHz。本实施例中，对于簇间干扰消除算法而言，算法中的折 扣因子λ＝0.3，学习速率α＝0.3。信道增益包含了路径损耗和阴影衰落。图3 给出了算法的收敛过程中的选择不同信道的用户数，由图中可知，大概210次迭 代后系统收敛到稳态。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的 组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普 通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求 为准。