一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法技术

本发明专利技术公开了一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法，该方法在多任务的感知场景下，将群智感知的激励机制引入频谱感知过程中，并将区块链技术与频谱感知相结合，次用户基站通过区块链查看各次用户的历史感知行为，基于历史感知行为评价次用户的感知质量，并采用贪婪算法选择执行频谱感知任务的次用户集，基于任务预算、次用户检测概率、感知时间和剩余能量等因素定义了次用户的感知任务效用函数，次用户通过博弈来达到各自的最优效用，次用户基站基于次用户的感知质量和频谱感知任务的难度发放感知报酬，并在一轮频谱感知任务执行完毕后将任务信息更新至区块链上。执行完毕后将任务信息更新至区块链上。执行完毕后将任务信息更新至区块链上。

【技术实现步骤摘要】
一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法。

技术介绍

[0002]随着移动互联网和物联网的蓬勃发展，人们对频谱资源的需求更是迫切。传统的无线电频谱分配是一种固定的分配策略，使得频谱资源不能被充分利用，认知无线电技术是一种频谱共享技术，可以提高频谱利用率，频谱感知是认知无线电系统的关键技术之一。单个次用户执行频谱感知容易受到阴影效应、多径衰落等因素的影响，难以做出正确的本地判决结果，多用户协作感知可以克服这些困难，但随之会带来恶意次用户合谋攻击、篡改感知数据等情况，严重影响频谱感知的性能和效果。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的：在于提供一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法，该方法可以解决次用户执行频谱感知任务时性能和效果差的问题。
[0004]为实现以上功能，一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法，目标通信区域内包括区块链、服务请求者、次用户基站、至少一个次用户、至少一个主用户；其中服务请求者通过次用户基站发布频谱感知任务集，服务请求者通过次用户基站发布一次频谱感知任务集视为一轮频谱感知任务，次用户基站发布频谱感知任务集后，各次用户感知频谱感知任务集，并判断自身是否响应本轮频谱感知任务，以及选择频谱感知任务集中的频谱感知子任务并做出响应，主用户用于向次用户发送频谱感知数据，区块链用于存储和发布频谱感知信息，按预设周期执行以下步骤，完成频谱感知任务集中各频谱感知子任务的分配；
[0005]S1:以各次用户构建次用户集，初始化次用户集和频谱感知任务集，服务请求者通过次用户基站发布频谱感知任务集，并提出频谱感知任务集所对应的频谱感知任务要求集,以及频谱感知任务集所对应的信誉值门槛集；
[0006]S2:各次用户查看频谱感知任务集中的各频谱感知子任务的内容，以及各频谱感知子任务的要求，各次用户基于检测概率、感知时间、以及能耗，构建感知任务效用，选择是否报名本轮频谱感知任务，并对相应频谱感知任务集中的频谱感知子任务进行选择；
[0007]S3:次用户基站根据存储于区块链上的各次用户的历史感知行为数据，查看报名本轮频谱感知任务的各次用户的历史感知行为数据，并基于各次用户的历史感知行为数据，构建各次用户的感知质量；
[0008]S4:次用户基站基于报名本轮频谱感知任务的各次用户的检测概率，将各次用户降序排列，并基于服务请求者所确定的频谱感知任务总预算，选择执行本轮频谱感知任务的各次用户；
[0009]S5:被选中执行本轮频谱感知任务的各次用户执行各频谱感知子任务，并将频谱感知数据发送至次用户基站，其中频谱感知数据包括次用户所采集的主用户的信息，次用
户基站将各次用户所发送的频谱感知数据进行融合，并向各次用户发放感知报酬；
[0010]S6:频谱感知任务集中的各频谱感知子任务执行完毕，即本轮频谱感知任务结束后，次用户基站将本轮的频谱感知信息上传至区块链，其中频谱感知信息包括频谱感知任务集所对应的频谱感知任务要求集、频谱感知任务集所对应的信誉值门槛集、执行本轮频谱感知任务的次用户名单、执行本轮频谱感知任务的各次用户上传的频谱感知数据、次用户基站对各次用户所发送的频谱感知数据的融合结果、各次用户的感知质量、次用户基站向各次用户发放的感知报酬。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S1中服务请求者通过次用户基站发布的频谱感知任务集Task为如下形式：
[0012]Task＝{Task1,Task2,
…
,Task
n
}
[0013]式中，Task1,Task2,
…
,Task
n
为频谱感知任务集中各频谱感知子任务，频谱感知子任务总数为n；
[0014]频谱感知任务集所对应的频谱感知任务要求集Request为如下形式：
[0015]Request＝{Request1,Request2,
…
,Request
n
}
[0016]式中，Request1,Request2,
…
,Request
n
分别为频谱感知子任务Task1,Task2,
…
,Task
n
所对应的频谱感知任务要求；
[0017]频谱感知任务集所对应的信誉值门槛集Reputation为如下形式：
[0018]Reputation＝{Reputation1,Reputation2,
…
,Reputation
n
}
[0019]式中，Reputation1,Reputation2,
…
,Reputation
n
分别为频谱感知子任务Task1,Task2,
…
,Task
n
所对应的信誉值门槛。
[0020]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S2中构建感知任务效用的具体步骤如下：
[0021]S21:各次用户采用能量检测的方式查看频谱感知任务集中的各频谱感知子任务的内容，以及各频谱感知子任务的要求，分别针对各次用户，构建检测概率如下式：
[0022][0023]式中，为次用户i的检测概率，Q为服从标准正态分布的互补累计分布函数，Q
‑1为服从标准正态分布的互补累计分布函数的反函数，为次用户i的虚警概率，t
i
为次用户i的感知时间，f
s
为采样频率，tifs为次用户i的采样点数，SNR
i
为次用户i接收主用户所发送信号的信噪比；
[0024]S22:各次用户基于检测概率、感知时间、以及能耗，构建感知任务效用如下式：
[0025][0026]式中U
ij
为次用户i参与频谱感知子任务j的感知任务效用，α、β为加权因子，P
ij
为次用户i参与频谱感知子任务j的检测概率，P
mj
为次用户m参与频谱感知子任务j的检测概率，R
j
为次用户基站分配给频谱感知子任务j的报酬，t
ij
为次用户i对频谱感知子任务j的感知时间，E
ij
为次用户i参与频谱感知子任务j时的剩余能量。
[0027]作为本专利技术的一种优选技术方案：针对第r轮频谱感知任务，步骤S3中所述各次用户的历史感知行为数据包括前r
‑
1轮频谱感知任务中各次用户感知正确的次数P
r
‑1，以及G
r
‑1为前r
‑
1轮频谱感知任务中各次用户感知错误的次数G
r
‑1；
[0028]步骤S3中构建各次用户的感知质量如下式：
[0029][0030]式中，为第r轮频谱感知任务中次用户i的感知质量，P
r
‑
1为前r
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法，其特征在于，目标通信区域内包括区块链、服务请求者、次用户基站、至少一个次用户、至少一个主用户；其中服务请求者通过次用户基站发布频谱感知任务集，服务请求者通过次用户基站发布一次频谱感知任务集视为一轮频谱感知任务，次用户基站发布频谱感知任务集后，各次用户感知频谱感知任务集，并判断自身是否响应本轮频谱感知任务，以及选择频谱感知任务集中的频谱感知子任务并做出响应，主用户用于向次用户发送频谱感知数据，区块链用于存储和发布频谱感知信息，按预设周期执行以下步骤，完成频谱感知任务集中各频谱感知子任务的分配；S1:以各次用户构建次用户集，初始化次用户集和频谱感知任务集，服务请求者通过次用户基站发布频谱感知任务集，并提出频谱感知任务集所对应的频谱感知任务要求集,以及频谱感知任务集所对应的信誉值门槛集；S2:各次用户查看频谱感知任务集中的各频谱感知子任务的内容，以及各频谱感知子任务的要求，各次用户基于检测概率、感知时间、以及能耗，构建感知任务效用，选择是否报名本轮频谱感知任务，并对相应频谱感知任务集中的频谱感知子任务进行选择；S3:次用户基站根据存储于区块链上的各次用户的历史感知行为数据，查看报名本轮频谱感知任务的各次用户的历史感知行为数据，并基于各次用户的历史感知行为数据，构建各次用户的感知质量；S4:次用户基站基于报名本轮频谱感知任务的各次用户的检测概率，将各次用户降序排列，并基于服务请求者所确定的频谱感知任务总预算，选择执行本轮频谱感知任务的各次用户；S5:被选中执行本轮频谱感知任务的各次用户执行各频谱感知子任务，并将频谱感知数据发送至次用户基站，其中频谱感知数据包括次用户所采集的主用户的信息，次用户基站将各次用户所发送的频谱感知数据进行融合，并向各次用户发放感知报酬；S6:频谱感知任务集中的各频谱感知子任务执行完毕，即本轮频谱感知任务结束后，次用户基站将本轮的频谱感知信息上传至区块链，其中频谱感知信息包括频谱感知任务集所对应的频谱感知任务要求集、频谱感知任务集所对应的信誉值门槛集、执行本轮频谱感知任务的次用户名单、执行本轮频谱感知任务的各次用户上传的频谱感知数据、次用户基站对各次用户所发送的频谱感知数据的融合结果、各次用户的感知质量、次用户基站向各次用户发放的感知报酬。2.根据权利要求1所述的一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法，其特征在于，步骤S1中服务请求者通过次用户基站发布的频谱感知任务集Task为如下形式：Task＝{Task1,Task2,
…
,Task
n
}式中，Task1,Task2,
…
,Task
n
为频谱感知任务集中各频谱感知子任务，频谱感知子任务总数为n；频谱感知任务集所对应的频谱感知任务要求集Request为如下形式：Request＝{Request1,Request2,
…
,Request
n
}式中，Request1,Request2,
…
,Request
n
分别为频谱感知子任务Task1,Task2,
…
,Task
n
所对应的频谱感知任务要求；频谱感知任务集所对应的信誉值门槛集Reputation为如下形式：Reputation＝{Reputation1,Reputation2,
…
,Reputation
n
}
式中，Reputation1,Reputation2,
…
,Reputation
n
分别为频谱感知子任务Task1,Task2,
…
,Task
n
所对应的信誉值门槛。3.根据权利要求2所述的一种基于博弈论的多任务协作频谱感知方法，其特征在于，步骤S2中构建感知任务效用的具体步骤如下：S21:各次用户采用能量检测的方式查看频谱感知任务集中的各频谱感知子任务的内容，以及各频谱感知子任务的要求，分别针对各次用户，构建检测概率如下式：式中，为次用户i的检测概率，Q为服从标准正态分布的互补累计分布函数，Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琦，季楚，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：