CN105142174A - 一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法 - Google Patents

一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，包括：所述认知无线网络和干扰节点计算各自的收益，并建立非合作式博弈实例；求解所述非合作式博弈实例的纯策略纳什均衡解，获得所述认知网络本身和干扰节点各自的最优策略；通信节点调整当前的信道接入概率为所述最优策略所对应的值。在网络模型的构建中引入了博弈论的思想，能够实现多用户不同QoS需求和能耗之间的有效折中；节能的同时降低了小区间干扰，有效提高了小区边缘用户吞吐量和网络覆盖率；减少恶意干扰对网络所造成破坏，从而在一定程度上保证认知无线网络在干扰条件下的较高的数据传输性能。

Description

一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法。
背景技术
由于认知无线网络采用开放的通信媒介进行通信，并且认知无线网络节点通常暴露于室内或室外的环境中，处于小区边缘的用户，不仅接受到的信号强度最弱，还受到相邻小区最大程度的干扰。网络受到来自环境中的其他通信设备的干扰或者人为恶意的干扰，使得通信性能急剧下降，因此设计一种有效地抑制干扰的方法或机制，对于认知无线网络来说，显得特别重要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，针对网络所遭受的恶意干扰问题，从网络的数据传输的性能和通信节点的能量出发，在一定程度上保证认知无线网络在干扰条件下具有较高的数据传输性能。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
在一些可选的实施例中，提供一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，包括：处于认知无线网络中的监测节点检测网络是否被干扰；若网络存在干扰，则所述监测节点向网络中的其他监测节点广播报警信息；所述认知无线网络和干扰节点计算各自的收益，并建立非合作式博弈实例；求解所述非合作式博弈实例的纯策略纳什均衡解，获得所述认知网络本身和干扰节点各自的最优策略；通信节点调整当前的信道接入概率为所述最优策略所对应的值。
在一些可选的实施例中，所述监测节点检测网络是否被干扰之前还包括：在所述认知无线网络的监测区域内，均匀部署若干个通过自组织的方式实现通信的所述通信节点。
在一些可选的实施例中，所述监测节点检测网络是否被干扰的过程包括：所述监测节点周期性的检查是否发生数据包的碰撞，并基于序贯概率比检验方法计算出存在干扰与不存在干扰的概率比，并依据所述概率比判断网络是否被干扰。
在一些可选的实施例中，所述方法还包括：所述干扰节点将干扰概率调整为最优策略所对应的值。
在一些可选的实施例中，所述非合作式博弈实例包括：参与者的集合，参与者各自的策略集合以及参与者各自的收益矩阵；所述参与者是指：所述认知无线网络和所述干扰节点。
在一些可选的实施例中，所述认知无线网络的收益是指：自所述干扰节点开始产生干扰至所述监测节点检测出干扰并广播报警信息的时间段内，网络本身成功进行数据传输的链路条数。
在一些可选的实施例中，所述干扰节点的收益是指：自所述干扰节点开始产生干扰至所述监测节点检测出干扰并广播报警信息的时间段内，所述干扰节点成功破坏掉的数据传输的链路条数。
在一些可选的实施例中，所述求解所述非合作式博弈实例的纯策略纳什均衡解，获得所述认知网络本身和干扰节点各自的最优策略的过程包括：计算出所述认知无线网络和所述干扰节点采用不同策略时的收益矩阵；扫描所述收益矩阵，标记所述无线网络的收益的最大值和所述干扰节点的收益的最大值；当所述收益矩阵中的每个元素方格内被标记两次，则该矩阵元素即为纯策略纳什均衡解，所述纯策略纳什均衡解所对应的策略为最优策略。
有益效果：在网络模型的构建中引入了博弈论的思想，能够实现多用户不同QoS需求和能耗之间的有效折中；节能的同时降低了小区间干扰，有效提高了小区边缘用户吞吐量和网络覆盖率；减少恶意干扰对网络所造成破坏，从而在一定程度上保证认知无线网络在干扰条件下的较高的数据传输性能。
附图说明
图1是本发明一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，包括：
101：在认知无线网络的监测区域内，均匀部署若干个通信节点，且所述通讯节点暴露于自然环境中的通信干扰以及人为恶意的无线电干扰中，所述通信节点通过自组织的方式实现通信。
102：处于认知无线网络中的监测节点检测网络是否被干扰。
步骤102的具体过程包括：所述监测节点周期性的检查是否发生数据包的碰撞，并基于序贯概率比检验方法计算出存在干扰与不存在干扰的概率比，并依据所述概率比判断网络是否被干扰。
103：若所述监测节点的检测结果为网络存在干扰，则所述监测节点向网络中的其他监测节点广播报警信息。
104：若检测结果为网络不存在干扰，则不广播报警信息，所述监测节点继续执行检测，返回步骤102。
105：所述认知无线网络和干扰节点计算各自的收益，并建立非合作式博弈实例。
其中，所述非合作式博弈实例包括：参与者的集合，参与者各自的策略集合以及参与者各自的收益矩阵。本发明的所述参与者是指：所述认知无线网络和所述干扰节点。
并且，自所述干扰节点开始产生干扰开始，一直到网络中的监测节点检测出干扰并广播报警信息的这段时间内，网络本身成功进行的数据传输的链路条数为所述认知无线网络的收益，而在这段时间内所述干扰节点成功破坏掉的数据传输的链路条数为干扰节点的收益。
106：求解所述非合作式博弈实例的纯策略纳什均衡解，获得所述认知网络本身和干扰节点各自的最优策略。
步骤106具体包括：
计算出所述认知无线网络的收益和所述干扰节点的收益后，由此计算出所述认知无线网络和所述干扰节点采用不同策略时的收益矩阵；
依次扫描所述收益矩阵的每一行，在每一行内认知无线网络收益的最大值下面划一横线，然后依次扫描所述收益矩阵的每一列，在每一列内干扰节点的收益的最大值下面划一横线，即对所述无线网络的收益的最大值和所述干扰节点的收益的最大值进行标记；
当所述收益矩阵中的每个元素方格内被划线两次，则该矩阵元素即为纯策略纳什均衡解，所述纯策略纳什均衡解所对应的策略为最优策略。
其中，当纯策略纳什均衡解只有一个，则该均衡解所对应的认知无线网络本身和干扰节点的策略，即为认知无线网络本身和干扰节点各自的最优策略。当纯策略纳什均衡解有多个，则根据帕累托效率，即某一个纳什均衡解带给博弈双方的收益在所有纳什均衡解中都是最大原则，选择其中的一个均衡解作为最优策略所对应的纯策略纳什均衡解。
107：所述通信节点调整当前的信道接入概率为所述最优策略所对应的值。同时，所述干扰节点为了达到最佳的干扰效果，将干扰概率调整为最优策略所对应的值。
本发明在网络模型的构建中引入了博弈论的思想，干扰节点和认知无线网络本身在选择各自的最优策略时，构成博弈的两个参与者。而通过计算干扰节点在实施干扰的这段时间内认知无线网络本身和干扰节点各自的收益，即网络本身成功进行的数据传输的链路条数和干扰节点所破坏的数据传输的链路条数，得到了博弈双方各自收益矩阵。同时，对于收益方程的定义，兼顾了网络中节点和干扰节点能量的考量，从而在一定程度上保证了节点尽量节省能量。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，包括：
处于认知无线网络中的监测节点检测网络是否被干扰；
若网络存在干扰，则所述监测节点向网络中的其他监测节点广播报警信息；
所述认知无线网络和干扰节点计算各自的收益，并建立非合作式博弈实例；
求解所述非合作式博弈实例的纯策略纳什均衡解，获得所述认知网络本身和干扰节点各自的最优策略；
通信节点调整当前的信道接入概率为所述最优策略所对应的值。
2.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，所述监测节点检测网络是否被干扰之前还包括：
在所述认知无线网络的监测区域内，均匀部署若干个通过自组织的方式实现通信的所述通信节点。
3.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，所述监测节点检测网络是否被干扰的过程包括：
所述监测节点周期性的检查是否发生数据包的碰撞，并基于序贯概率比检验方法计算出存在干扰与不存在干扰的概率比，并依据所述概率比判断网络是否被干扰。
4.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，还包括：所述干扰节点将干扰概率调整为最优策略所对应的值。
5.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，所述非合作式博弈实例包括：参与者的集合，参与者各自的策略集合以及参与者各自的收益矩阵；所述参与者是指：所述认知无线网络和所述干扰节点。
6.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，所述认知无线网络的收益是指：自所述干扰节点开始产生干扰至所述监测节点检测出干扰并广播报警信息的时间段内，网络本身成功进行数据传输的链路条数。
7.根据权利要求6所述的一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，所述干扰节点的收益是指：自所述干扰节点开始产生干扰至所述监测节点检测出干扰并广播报警信息的时间段内，所述干扰节点成功破坏掉的数据传输的链路条数。
8.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的认知无线网络干扰抑制方法，其特征在于，所述求解所述非合作式博弈实例的纯策略纳什均衡解，获得所述认知网络本身和干扰节点各自的最优策略的过程包括：
计算出所述认知无线网络和所述干扰节点采用不同策略时的收益矩阵；
扫描所述收益矩阵，标记所述无线网络的收益的最大值和所述干扰节点的收益的最大值；
当所述收益矩阵中的每个元素方格内被标记两次，则该矩阵元素即为纯策略纳什均衡解，所述纯策略纳什均衡解所对应的策略为最优策略。
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