CN112188564B - 一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法及装置，该方法包括：第一节点接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息，根据接入特性信息以及预设簇数目将无线网络中节点进行分簇，并将分簇结果发送给每个簇头节点，接收每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。本申请解决了现有技术中频谱资源的有效利用率较低的技术问题。

Description

一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法及装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法及装置。

背景技术

随着对军事、应急通信、无线传感、Mesh扩容等领域应用需求的提升，无线分布式网络逐渐成为目前宽带移动通信网络技术研究的热点；而传统的频谱分配和管理策略，使大容量用户高速率需求业务面临频谱资源稀缺等挑战。认知无线电和自组织网络的提出，不仅可通过动态频谱接入技术有望解决无线资源频谱稀缺的挑战，而且引入自主智能功能，根据网络动态特性以对网络实行自主配置和优化，并提供高效的频谱管理策略，使网络达到最优状态，具有重要的理论研究意义及应用价值。

目前，对于无线网络频谱资源分配的方式有多种，从国内外公开渠道上查到的无线集群网络频谱分配方面的文献看，国内外对无线频谱分配技术的研究，研究工作者们都有不同的侧重点，多基于图论、博弈论和相关理论的基础上提出频谱分配方法，但是，这些方法在节点分簇时未结合节点任务、移动特性及传输速率需求，在频谱复用时需要进行复杂的节点间交互，频谱分配算法收敛慢，不适用于快速变化的网络状态，进而导致频谱资源的有效利用率较低。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中频谱资源的有效利用率较低的问题，提供了一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法及装置，本申请实施例所提供的方案中，通过每个节点的接入特性信息对无线网络中的节点进行分簇，即结合节点任务、移动以及传输速率等特性进行分簇，根据分簇结果对频谱资源进行分配，可以适用于快速变化的网络状态，进而提高频谱资源的利用率。

第一方面，本申请实施例提供一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法，该方法包括：

第一节点接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，其中，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述第二节点为所述无线网络中除所述第一节点之外任一节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息；

所述第一节点根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，并将分簇结果发送给每个簇头节点；

所述第一节点接收所述每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

本申请实施例所提供的方案中，第一节点接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，然后根据所述接入特性信息将所述无线网络中节点进行分簇得到预设数目的簇，并将分簇结果发送给每个簇的簇头节点，即根据每个节点的接入特性信息对无线网络中的节点进行分簇。再接收每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。因此，通过每个节点的接入特性信息对无线网络中的节点进行分簇，即结合节点任务、移动以及传输速率等特性进行分簇，根据分簇结果对频谱资源进行分配，可以适用于快速变化的网络状态，进而提高频谱资源的利用率。

可选地，所述第一节点根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，包括：

所述第一节点从所述无线网络的节点中随机选择出所述预设数目的第三节点，将所述第三节点作为初始迭代簇头，根据每个初始迭代簇头的接入特性信息计算每个节点所对应的归属指示参数；

所述第一节点根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头的接入特性信息继续迭代，直到下一次迭代的簇头所对应的接入特性信息与上一次迭代的簇头所对应的接入特性信息相同为止，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

可选地，根据每个初始迭代簇头所对应的接入特性信息计算每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数，包括：

通过如下公式计算所述每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数：

其中，b_ij表示第j个节点对于第i个簇头的归属指示参数；a_j表示第j个节点的接入特性信息；m_i表示i个簇头所对应的接入特性信息；m_k表示第k个簇头所对应的接入特性信息，k取值范围为[1，K]，K表示所述预设簇个数。

可选地，根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，包括：

根据如下公式更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息：

其中，m′_i表示更新后的接入特性信息；J表示所述无线网络中节点的个数。

可选地，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇，包括：

所述第一节点确定所述无线网络中每个节点所对应的接入特性信息与所述最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息之间差值，将所述差值最小所对应的节点作为分簇的簇头；

所述第一节点根据所述分簇的簇头将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

可选地，所述预设的簇间复用协商策略，包括：

若在任一信道上存在至少两个簇所对应的邻簇干扰抑制集合相冲突，则将所述任一信道划分给速率或业务量相对较大的簇。

第二方面，本申请实施例提供一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法，该方法包括：

第四节点接收簇头节点广播的第一节点基于接收到的每个第二节点的接入特性信息以及预设的聚类算法对无线网络中节点进行分簇所得到的分簇结果，其中，所述第四节点为每个簇内任一节点；

所述第四节点确定所述预设频谱资源上处于空闲状态的信道信息，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合；

所述第四节点将所述邻簇干扰抑制集合发送给所处簇内的簇头节点，以使得所述簇头节点从簇内每个节点的邻簇干扰抑制集合中确定出每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合，以及将所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合发送给所述第一节点，以使得所述第一节点基于所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

可选地，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合，包括：

所述第四节点根据预设速率计算方法以及所述信道信息计算任一节点在任一空闲信道的第一速率、第二速率以及第三速率，其中，所述第一速率表示不抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节在任一信道上的干扰时，任一节的速率；所述第二速率表示仅抑制最大干扰增益的相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节点的速率；所述第三速率表示同时抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节点的速率；

所述第四节点根据所述第一速率、所述第二速率以及所述第三速率计算所述任一节点的速率提升值，以及根据所述任一节点预设的速率阈值计算所述任一节点的速率提升门限值；

所述第四节点根据所述速率提升值、所述速率提升门限值确定所述任一节点在所述任一空闲信道上的邻簇干扰抑制集合。

第三方面，本申请实施例提供了一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置，该装置包括：

接收单元，用于接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，其中，所述第二节点为所述无线网络中除第一节点之外任一节点，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息；

分簇单元，用于根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，并将分簇结果发送给每个簇的簇头节点；

确定单元，用于接收每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

可选地，所述分簇单元，具体用于：

从所述无线网络的节点中随机选择出所述预设数目的第三节点，将所述第三节点作为初始迭代簇头，根据每个初始迭代簇头的接入特性信息计算每个节点所对应的归属指示参数；

根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头的接入特性信息继续迭代，直到下一次迭代的簇头所对应的接入特性信息与上一次迭代的簇头所对应的接入特性信息相同为止，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

可选地，所述分簇单元，具体用于：

通过如下公式计算所述每个节点对于每个初始迭代簇头的归属指示参数：

其中，b_ij表示第j个节点对于第i个簇头的归属指示参数；a_j表示第j个节点的接入特性信息；m_i表示i个簇头所对应的接入特性信息；m_k表示第k个簇头所对应的接入特性信息，k取值范围为[1，K]，K表示所述预设簇个数。

可选地，所述分簇单元，具体用于：

根据如下公式更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息：

其中，m′_i表示更新后的接入特性信息；J表示所述无线网络中节点的个数。

可选地，所述分簇单元，具体用于：

确定所述无线网络中每个节点所对应的接入特性信息与所述最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息之间差值，将所述差值最小所对应的节点作为分簇的簇头；

根据所述分簇的簇头将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

可选地，所述预设的簇间复用协商策略，包括：

若在任一信道上存在至少两个簇所对应的邻簇干扰抑制集合相冲突，则所述第一节点将所述任一信道划分给速率或业务量相对较大的簇。

第四方面，本申请实施例提供了一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置，该装置包括：

接收单元，用于接收簇头节点广播的第一节点基于接收到的每个第二节点的接入特性信息以及预设的聚类算法对无线网络中节点进行分簇所得到的分簇结果；

确定单元，用于确定所述预设频谱资源上处于空闲状态的信道信息，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合；

发送单元，用于将所述邻簇干扰抑制集合发送给所处簇内的簇头节点，以使得所述簇头节点从簇内每个节点的邻簇干扰抑制集合中确定出每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合，以及将所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合发送给所述第一节点，以使得所述第一节点基于所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

可选地，所述确定单元，具体用于：

根据预设速率计算方法以及所述信道信息计算任一节点在任一空闲信道的第一速率、第二速率以及第三速率，其中，所述第一速率表示不抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节在任一信道上的干扰时，任一节的速率；所述第二速率表示仅抑制最大干扰增益的相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节点的速率；所述第三速率表示同时抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节的速率；

根据所述第一速率、所述第二速率以及所述第三速率计算所述任一节点的速率提升值，以及根据所述任一节点预设的速率阈值计算所述任一节点的速率提升门限值；

根据所述速率提升值、所述速率提升门限值确定所述任一节点在所述任一空闲信道上的邻簇干扰抑制集合。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法的流程示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法的流程示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：

步骤101，第一节点接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，其中，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述第二节点为所述无线网络中除所述第一节点之外任一节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息。

在本申请实施例所提供的方案中，无线网络中包括多个节点，在多个节点中设置一个预设的分簇辅助节点，分簇辅助节点用于对无线网络中的节点进行分簇。具体的，定义无线网络中所有节点的接入特性信息集合为A＝{a_j|j＝1,2,3,…,J}，其中，a_j表示第j个节点的接入特性信息，且a_j＝(t_j，l_j，v_j)，t_j表示归一化任第j个节点的任务编号，l_j表示第j个节点的位置信息，

v_j表示第j个节点的速度信息，

步骤102，所述第一节点根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，并将分簇结果发送给每个簇头节点。

在本申请实施例所提供的方案中，第一节点根据所述接入特性信息将所述无线网络中节点进行分簇得到预设数目的簇的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，所述第一节点根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，包括：

所述第一节点从所述无线网络的节点中随机选择出所述预设数目的第三节点，将所述第三节点作为初始迭代簇头，根据每个初始迭代簇头的接入特性信息计算每个节点所对应的归属指示参数；

所述第一节点根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头的接入特性信息继续迭代，直到下一次迭代的簇头所对应的接入特性信息与上一次迭代的簇头所对应的接入特性信息相同为止，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

为了便于理解上述第一节点将无线网络中所有节点的分簇过程，下面对其进行简要说明。

若无线网络所包含的节点数目为J，预设分簇数目K，每个簇记为w_k，每个簇的簇头记为m_k。具体的，通过如下步骤进行分簇：

步骤1、令初始迭代次数n＝1，第一节点从J个节点中随机选择出K个节点作为初始迭代的簇头，即：m₁(n)，m₂(n)，m₃(n)，……，m_K(n)。

步骤2、第一节点根据每个初始迭代簇头所对应的接入特性信息计算每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数。

具体的，第一节点计算每个节点对于每个初始迭代簇头的归属指示参数的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据每个初始迭代簇头所对应的接入特性信息计算每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数，包括：

通过如下公式计算所述每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数：

其中，b_ij表示第j个节点对于第i个簇头的归属指示参数；a_j表示第j个节点的接入特性信息；m_i表示i个簇头所对应的接入特性信息；m_k表示第k个簇头所对应的接入特性信息，k取值范围为[1，K]，K表示所述预设簇个数。

从上述计算公式可知，若第j个节点与第i个簇头之间的接入特性信息之差等于第j个节点与K个簇头之间的接入特性信息的最小值，则b_ij＝1，并将j个节点划分至簇w_i；否则b_ij＝0。

步骤3、第一节点根据归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头的接入特性信息继续迭代。

具体的，第一节点根据归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，包括：

根据如下公式更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息：

其中，m′_i表示更新后的接入特性信息；J表示所述无线网络中节点的个数。

进一步，第一节点更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息之后，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头，即n+1次迭代的簇头为m₁(n+1)，m₂(n+1)，m₃(n+1)，……，m_K(n+1)。

步骤4、判断下一次迭代的每个簇头的接入特性信息与对应的上一次迭代的簇头的接入特性信息是否相同。

例如，n+1次迭代的簇头为m₁(n+1)，m₂(n+1)，m₃(n+1)，……，m_K(n+1)，n次迭代的簇头为m₁(n)，m₂(n)，m₃(n)，……，m_K(n)，第一节点需要判断m_i(n+1)的接入特性信息与m_i(n)的接入特性信息是否相同，i＝1,2,3,……,J；若相同，则迭代过程结束；否则，跳转到步骤2重新进行迭代计算。

步骤5、在迭代过程结束后，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，第一节点根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇，包括：

所述第一节点确定所述无线网络中每个节点所对应的接入特性信息与所述最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息之间差值，将所述差值最小所对应的节点作为分簇的簇头；

所述第一节点根据所述分簇的簇头将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

具体的，第一节点通过如下公式确定无线网络作为簇头的节点编号：

i＝argmin||a_j-m_i||

根据上述可知，即将与m_i特性属性最接近的节点设置为簇w_i的簇头，第一节点在确定出簇头节点之后，根据簇头节点将无线网络中所有的节点划分为预设数目的簇，并将分簇结果发送给每个簇头节点。

步骤103，所述第一节点接收每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

在本申请实施例所提供的方案中，每个簇头节点接收到第一节点发送的分簇结果时候，在簇内以广播的形式将分簇结果发送给簇内的每个节点。

进一步，每个簇内的任一节点确定预设频谱资源上每个信道的状态信息，例如，状态信息包括空闲或不空闲，然后根据每个信道的状态信息生成空闲信道信息，然后，根据空闲信道信息计算该任一节点在每个空闲信道的邻簇干扰抑制集合，然后根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。具体的，预设的簇间复用协商策略有多种，下面以一种较佳的为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，所述预设的簇间复用协商策略，包括：若在任一信道上存在至少两个簇所对应的邻簇干扰抑制集合相冲突，则将所述任一信道划分给速率或业务量相对较大的簇。

为了便于理解上述任一节点确定每个簇的可用信道集合的过程，下面对其过程进行简要介绍。具体步骤如下：

(1)、计算不抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点j在任一信道c上的干扰时，节点j的速率

仅抑制最大干扰增益的相邻簇对任一节点j在信道c上的干扰时，节点j的速率

以及同时抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点j在信道c上的干扰时，节点j的速率

具体的，假设每个簇在每个子信道上的发射功率一致，每个信道有相同的带宽和相同的背景噪声功率，任一节点j在任一信道c上所受的干扰仅考虑最大干扰增益的两个相邻簇。通过如下公式计算任一节点j在任一信道c上的速率：

其中,

表示节点j在信道c上的速率；B表示信道c带宽；

表示信干噪比；

表示节点j在信道c上的期望信号增益；

表示其它簇在信道c上的干扰信号增益(目前仅考虑簇头节点下行)；

或1，当

为1时表示信道c被分配给簇头m，当

为0时，表示信道c未分配给簇头m；p_c表示节点j在信道c上功率；σ²为高斯白噪声。

进一步，第一节点根据上述节点对应的速度计算公式计算不抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点j在任一信道c上的干扰时，节点j的速率

此时，

为两项；以及计算仅抑制最大干扰增益的相邻簇对任一节点j在信道c上的干扰时，节点j的速率

此时

为一项；以及计算同时抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点j在信道c上的干扰时，节点j的速率

此时，

为0。

(2)、根据步骤(1)中计算出的

以及

分别计算速率提升值。

(3)、计算节点j的提升门限

具体的，根据下式计算节点j的提升门限：

其中，其中，O₀、O₁为常数，且O₀＞O₁；

表示节点j到簇头距离的归一化值；R_d表示簇半径；

为节点j实际速度的归一化值；d_j为节点j的实际速度值。

进一步，令i＝0，根据上式计算得到

的值，以及令i＝1，根据上式计算得到

的值。

(4)、将步骤(2)中计算得到的速率提升值与步骤(3)中计算得到的提升门限进行比较，得到节点j在信道c的邻域簇干扰抑制集合。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，若定义邻簇干扰抑制集合为

并初始化邻簇干扰抑制集合，得到初始化邻簇干扰抑制集合

其中，

表示簇w_k内的节点j在信道c上所受干扰的集合，I₁为干扰信号增益最大的相邻簇序号；I₂为干扰信号增益次大的相邻簇序号。

若

则节点j在信道c的邻域簇干扰抑制集合为

若

则节点j在信道c的邻域簇干扰抑制集合如下所示：

(5)、根据空闲信道信息分别在每个空闲信道上计算节点j的邻簇干扰抑制集合。

若假设预设频谱资源包括有多个信道，多个信道为c₀～c_e，根据信道空闲信息确定信道c₀～c_e中的至少一个空闲信道，然后计算节点j在至少一个空闲信道的邻簇干扰抑制集合。

(6)、重复步骤(1)～(5)计算无线网络中每个节点在每个空闲信道的邻簇干扰抑制集合。

(7)、计算每个簇在任一信道c上的邻簇干扰抑制集合。

具体的，每个节点在计算出其每个空闲信道的邻簇干扰抑制集合之后，将邻簇干扰抑制集合发送给节点对应的簇头，然后每个簇头在接收到簇内节点发送的邻簇干扰抑制集合后，计算每个簇在任一信道c上的邻簇干扰抑制集合。

进一步，根据下式确定出任一簇w_k内的节点：

将节点

在信道c上的邻簇干扰抑制集合作为簇w_k在信道c上的邻簇干扰抑制集合。

(8)、在任一信道c上根据簇间复用协商准则得出每个簇的可用信道集合p_k＝[p_kc]。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，若在任一信道上存在至少两个簇所对应的邻簇干扰抑制集合相冲突，则所述第一节点将所述任一信道划分给速率或业务量相对较大的簇。

例如，在任一信道c上存在两个簇所对应的邻簇干扰抑制集合相冲突，两个簇分别为k₁和k₂，比较簇k₁与簇k₂所对应的速率或业务量，若

则确定簇k₁所对应的的速率或业务量大于簇k₂所对应的速率或业务量，将任一信道c分给簇k₁，否则分给簇k₂。

(9)、执行步骤(1)～(8)后，完成一次分簇，并为每个簇划分频谱资源，其后进入数据传输阶段。

本申请实施例所提供的方案中，第一节点接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，然后根据所述接入特性信息将所述无线网络中节点进行分簇得到预设数目的簇，并将分簇结果发送给每个簇的簇头节点，即根据每个节点的接入特性信息对无线网络中的节点进行分簇，再接收每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。因此，通过每个节点的接入特性信息对无线网络中的节点进行分簇，即结合节点任务、移动以及传输速率等特性进行分簇，根据分簇结果对频谱资源进行分配，可以适用于快速变化的网络状态，进而提高频谱资源的利用率。

参见图2，以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法做进一步详细的说明，该方法对于簇内任一第四节点侧为基础，具体实现方式可以包括以下步骤：

步骤201，第四节点接收簇头节点广播的第一节点基于接收到的每个第二节点的接入特性信息以及预设的聚类算法对无线网络中节点进行分簇所得到的分簇结果，其中，所述第四节点为任一簇内任一节点。

步骤202，所述第四节点确定所述预设频谱资源上处于空闲状态的信道信息，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合。

步骤203，所述第四节点将所述邻簇干扰抑制集合发送给所述簇头节点，以使得所述簇头节点从簇内每个节点的所述邻簇干扰抑制集合中确定出每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合，将所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合发送给所述第一节点，所述第一节点基于所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

在一种可能实现的方式中，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合，包括：

所述第四节点根据预设速率计算方法以及所述信道信息计算任一节点在任一空闲信道的第一速率、第二速率以及第三速率，其中，所述第一速率表示不抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节在任一信道上的干扰时，任一节的速率；所述第二速率表示仅抑制最大干扰增益的相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节点的速率；所述第三速率表示同时抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节的速率；

所述第四节点根据所述第一速率、所述第二速率以及所述第三速率计算所述任一节点的速率提升值，以及根据所述任一节点预设的速率阈值计算所述任一节点的速率提升门限值；

所述第四节点根据所述速率提升值、所述速率提升门限值确定所述任一节点在所述任一空闲信道上的邻簇干扰抑制集合。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，对于簇内任一第四节点侧来说，基于簇的无线网络频谱资源分配过程在上述无线网络中分簇辅助节点，即第一节点侧已说明，在此不做赘述。

基于与上述图1所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置，参见图3，该装置包括：

接收单元301，用于接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，其中，所述第二节点为所述无线网络中除第一节点之外任一节点，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息；

分簇单元302，用于根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，并将分簇结果发送给每个簇的簇头节点；

确定单元303，用于接收每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

可选地，所述分簇单元302，具体用于：

从所述无线网络的节点中随机选择出所述预设数目的第三节点，将所述第三节点作为初始迭代簇头，根据每个初始迭代簇头的接入特性信息计算每个节点所对应的归属指示参数；

根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头的接入特性信息继续迭代，直到下一次迭代的簇头所对应的接入特性信息与上一次迭代的簇头所对应的接入特性信息相同为止，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

可选地，所述分簇单元302，具体用于：

通过如下公式计算所述每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数：

其中，b_ij表示第j个节点对于第i个簇头的归属指示参数；a_j表示第j个节点的接入特性信息；m_i表示i个簇头所对应的接入特性信息；m_k表示第k个簇头所对应的接入特性信息，k取值范围为[1，K]，K表示所述预设簇个数。

可选地，所述分簇单元302，具体用于：

根据如下公式更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息：

其中，m′_i表示更新后的接入特性信息；J表示所述无线网络中节点的个数。

可选地，所述分簇单元302，具体用于：

确定所述无线网络中每个节点所对应的接入特性信息与所述最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息之间差值，将所述差值最小所对应的节点作为分簇的簇头；

根据所述分簇的簇头将所述无线网络中节点划分为所述预设数目的簇。

可选地，所述预设的簇间复用协商策略，包括：

若在任一信道上存在至少两个簇所对应的邻簇干扰抑制集合相冲突，则将所述任一信道划分给速率或业务量相对较大的簇。

基于与上述图4所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置，该装置包括：

接收单元401，用于接收簇头节点广播的第一节点基于接收到的每个第二节点的接入特性信息以及预设的聚类算法对无线网络中节点进行分簇所得到的分簇结果；

确定单元402，用于确定所述预设频谱资源上处于空闲状态的信道信息，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合；

发送单元403，用于将所述邻簇干扰抑制集合发送给所处簇内的簇头节点，以使得所述簇头节点从簇内每个节点的邻簇干扰抑制集合中确定出每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合，以及将所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合发送给所述第一节点，以使得所述第一节点基于所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

可选地，所述确定单元402，具体用于：

根据预设速率计算方法以及所述信道信息计算任一节点在任一空闲信道的第一速率、第二速率以及第三速率，其中，所述第一速率表示不抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节在任一信道上的干扰时，任一节的速率；所述第二速率表示仅抑制最大干扰增益的相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节点的速率；所述第三速率表示同时抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节的速率；

根据所述第一速率、所述第二速率以及所述第三速率计算所述任一节点的速率提升值，以及根据所述任一节点预设的速率阈值计算所述任一节点的速率提升门限值；

根据所述速率提升值、所述速率提升门限值确定所述任一节点在所述任一空闲信道上的邻簇干扰抑制集合。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法，其特征在于，包括：

第一节点接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，其中，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述第二节点为所述无线网络中除所述第一节点之外任一节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息；

所述第一节点根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，并将分簇结果发送给每个簇头节点；

所述第一节点接收所述每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合；

所述第一节点根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，包括：所述第一节点从所述无线网络的节点中随机选择出所述预设簇数目的第三节点，将所述第三节点作为初始迭代簇头，根据每个初始迭代簇头的接入特性信息计算每个节点所对应的归属指示参数；所述第一节点根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头的接入特性信息继续迭代，直到下一次迭代的簇头所对应的接入特性信息与上一次迭代的簇头所对应的接入特性信息相同为止，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设簇数目的簇；

通过如下公式计算所述每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数：

其中，b_ij表示第j个节点对于第i个簇头的归属指示参数；a_j表示第j个节点的接入特性信息；m_i表示i个簇头所对应的接入特性信息；m_k表示第k个簇头所对应的接入特性信息，k取值范围为[1，K]，K表示所述预设簇个数；

根据如下公式更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息：

其中，m′_i表示更新后的接入特性信息；J表示所述无线网络中节点的个数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设簇数目的簇，包括：

所述第一节点确定所述无线网络中每个节点所对应的接入特性信息与所述最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息之间差值，将所述差值最小所对应的节点作为分簇的簇头；

所述第一节点根据所述分簇的簇头将所述无线网络中节点划分为所述预设簇数目的簇。

3.如权利要求1～2任一项所述的方法，其特征在于，所述预设的簇间复用协商策略，包括：

若在任一信道上存在至少两个簇所对应的邻簇干扰抑制集合相冲突，则所述第一节点将所述任一信道划分给速率或业务量最大的簇。

4.一种基于簇的无线网络频谱资源分配方法，其特征在于，包括：

第四节点接收簇头节点广播的第一节点基于接收到的每个第二节点的接入特性信息以及预设的聚类算法对无线网络中节点进行分簇所得到的分簇结果，其中，所述第四节点为每个簇内任一节点，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述第二节点为所述无线网络中除所述第一节点之外任一节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息；

所述第四节点确定所述预设频谱资源上处于空闲状态的信道信息，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合；

所述第四节点将所述邻簇干扰抑制集合发送给所处簇内的簇头节点，以使得所述簇头节点从簇内每个节点的邻簇干扰抑制集合中确定出每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合，以及将所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合发送给所述第一节点，以使得所述第一节点基于所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合，包括：

所述第四节点根据预设速率计算方法以及所述信道信息计算任一节点在任一空闲信道的第一速率、第二速率以及第三速率，其中，所述第一速率表示不抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节在任一信道上的干扰时，任一节的速率；所述第二速率表示仅抑制最大干扰增益的相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节点的速率；所述第三速率表示同时抑制最大干扰增益的两个相邻簇对任一节点在任一信道上的干扰时，任一节的速率；

所述第四节点根据所述第一速率、所述第二速率以及所述第三速率计算所述任一节点的速率提升值，以及根据所述任一节点预设的速率阈值计算所述任一节点的速率提升门限值；

所述第四节点根据所述速率提升值、所述速率提升门限值确定所述任一节点在所述任一空闲信道上的邻簇干扰抑制集合。

6.一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收至少一个第二节点发送的接入特性信息，其中，所述第二节点为所述无线网络中除第一节点之外任一节点，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息；

分簇单元，用于根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，并将分簇结果发送给每个簇的簇头节点；

确定单元，用于接收每个簇头节点发送的每个簇在预设频谱资源上每个信道的邻簇干扰抑制集合，并根据所述邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合；

所述第一节点根据所述接入特性信息以及预设簇数目将所述无线网络中节点进行分簇，包括：所述第一节点从所述无线网络的节点中随机选择出所述预设簇数目的第三节点，将所述第三节点作为初始迭代簇头，根据每个初始迭代簇头的接入特性信息计算每个节点所对应的归属指示参数；所述第一节点根据所述归属指示参数更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息，将更新后的接入特性信息作为下一次迭代的簇头的接入特性信息继续迭代，直到下一次迭代的簇头所对应的接入特性信息与上一次迭代的簇头所对应的接入特性信息相同为止，根据最后一次迭代的簇头所对应的接入特性信息将所述无线网络中节点划分为所述预设簇数目的簇；

通过如下公式计算所述每个节点对于所述每个初始迭代簇头的归属指示参数：

其中，b_ij表示第j个节点对于第i个簇头的归属指示参数；a_j表示第j个节点的接入特性信息；m_i表示i个簇头所对应的接入特性信息；m_k表示第k个簇头所对应的接入特性信息，k取值范围为[1，K]，K表示所述预设簇个数；

根据如下公式更新所述每个初始迭代簇头的接入特性信息：

其中，m_i ^′表示更新后的接入特性信息；J表示所述无线网络中节点的个数。

7.一种基于簇的无线网络频谱资源分配装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收簇头节点广播的第一节点基于接收到的每个第二节点的接入特性信息以及预设的聚类算法对无线网络中节点进行分簇所得到的分簇结果；其中，所述第一节点为所述无线网络中预设的分簇辅助节点，所述第二节点为所述无线网络中除所述第一节点之外任一节点，所述接入特性信息包括任务信息、位置信息以及速度信息；

确定单元，用于确定所述预设频谱资源上处于空闲状态的信道信息，根据所述信道信息以及预设的信道复用准则计算在每个空闲信道上的邻簇干扰抑制集合；

发送单元，用于将所述邻簇干扰抑制集合发送给所处簇内的簇头节点，以使得所述簇头节点从簇内每个节点的邻簇干扰抑制集合中确定出每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合，以及将所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合发送给所述第一节点，以使得所述第一节点基于所述每个簇在每个信道上的邻簇干扰抑制集合以及预设的簇间复用协商策略确定每个簇的可用信道集合。

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