1.一种认知无线电网络中优化能效与感知性能的动态分组方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、由认知无线电路由器对所有的认知用户进行训练,得到每个认知用户的初始可靠度值;对所有的认知用户进行训练的方法为:S1.1、设有N个认知用户,将N个认知用户布设在一个正方形区域中,并在所述正方形区域的中心设置一个主用户,主用户和所有的认知用户之间都保持相对静止,主用户与各认知用户之间的距离不等,且存在路径损耗和瑞利衰落;
S1.2、对主用户进行预设次数的发射信号‑关停循环训练;训练过程中认知用户的工作规律与主用户一致,主用户关停以后,认知用户执行判决操作;
S1.3、在所有认知用户训练执行完以后,认知无线电路由器对各认知用户的判决结果进行统计,以判决准确率为统计标准,得到每个认知用户的初始可靠度值;
S2、融合中心从经过训练的认知用户中选择可靠度值排名靠前的M个认知用户参与协作感知,并将所选中的M个认知用户交错分成两组,两组认知用户交替执行频谱感知工作;
其中,M为偶数;在两组认知用户交替工作过程中,一个感知周期T内,每组认知用户执行感知操作的时间均为t1,每组认知用户传输数据的时间均为t2,且 一个感知周期内第j个认知用户所消耗的能量表示为:式(2)中,fs是认知用户的采样频率,且假设所有认知用户的采样频率一致;e0表示单个认知用户采样一次消耗的能量;nj的取值为0或1,取值为1时表示认知用户在传输数据,取值为0时表示认知用户未进行数据传输操作;C0表示单位距离内传输数据所需要的发射功率;
第j个认知用户在一个感知周期内执行数据传输所消耗的能量与其在整个感知周期中所消耗的能量之比为认知用户的能量效率,表示为:式(3)中,hj表示第j个认知用户数据传输信道的信道增益,dj表示第j个认知用户的数据传输距离;
S3、设所选中的M个认知用户均参与协作感知,则一个感知周期T内所有被选中的认知用户消耗的总能量为:设每个被选中的认知用户与融合中心之间的信道增益均为常数h,则式(4)可简写为:则所有被选中的M个认知用户总的能量效率表示为:
每组认知用户的检测概率表示为:
式(7)中,X=1表示认知用户判决主用户在工作;H1表示主用户处于工作状态;wj表示第j个认知用户的权值,其计算式表示为:式(8)中,Ej表示第j个认知用户在一个感知周期内收集的能量,λh,j表示双阈值能量检测的高阈值,λl,j表示双阈值能量检测的低阈值;
每组认知用户的虚警概率表示为:
式(9)中,H0表示主用户处于非工作状态;
其中,每组认知用户的能量消耗表示为:
式(10)中,L表示每组中认知用户的数量,L=M/2;k是组号索引;
S4、将感知性能和能量消耗的联合优化等效替换为约束优化问题,表示为:式(11)中,Pd,k(T)、Pf,k(T)和ET,k(T)分别表示第k组认知用户的检测概率、虚警概率和能量消耗;γ1、γ2和Eγ分别表示各组认知用户的检测概率阈值、虚警概率阈值和能量消耗阈值;
S5、通过贪婪启发式算法对式(11)进行求解,最终求得最优感知周期T;利用贪婪启发式算法求解得到最优感知周期T的具体步骤如下:S5.1、对所选中的M个认知用户进行一次分组称为一个事件,记为P;针对某P事件,将Pd,k(T)、Pf,k(T)和ET,k(T)分别与对应的阈值进行比较,若两组认知用户的检测概率、虚警概率和能量消耗均满足最低要求,则存在感知周期T的最优解,该事件被记录,并跳转至步骤S5.2;否则排除该P事件,重新对所选中的M个认知用户进行分组,改变T值,重新执行步骤S5.1;
S5.2、对各组认知用户的检测概率和虚警概率做加权平均,即用加权平均检测概率和加权平均虚警概率 来近似该P事件的整体检测概率和虚警概率;依据该P事件的认知用户交错分组工作模型,设:
则 和 的计算分别如式(13)和式(14)所示:
该P事件中,一个感知周期内所有被选中的认知用户总的能量消耗重新表述为ET,k(T):当被记录的所有T值计算完 和ET(T)后,执行步骤S5.3;
S5.3、将求解最优感知周期T的问题,转换为最优分配感知时间的问题,根据(11)式的要求,分组的标准分为:①一个周期内较小的能量消耗ET(T);②较大的检测概率 ③较小的虚警概率 为取得ET(T)、 和 之间的平衡,利用动态规划算法对式(5)进行求解,即可求得最优感知周期T值为:
式(16)中,α1、α2和α3是加权因子,且α1+α2+α3=1,δ( )是评价指数,获得最优T值后,可同时获得ET、 和
2.根据权利要求1所述的动态分组方法,其特征在于,所述步骤S1.2中,对主用户进行
5000~20000次循环训练,主用户发射信号的持续时间为10毫秒,发射功率为100毫瓦,主用户的工作概率为50%。
3.根据权利要求1所述的动态分组方法,其特征在于,所述步骤S1中,由于无线电环境是变化的,认知无线电路由器在得到认知用户的初始可靠度值后,会按照下式(1)定期对认知用户的可靠度值进行更新:式(1)中,Pj表示第j个认知用户的学习强度,N表示认知用户的数量。
4.根据权利要求1所述的动态分组方法,其特征在于,所述步骤S2中,两组认知用户交替工作的具体方式为:当其中一组认知用户执行频谱感知操作时,另一组认知用户进行自身的数据传输操作,或者处于静默状态以保存有限的能量。