动态预留

动态预留（共2篇）

动态预留 篇1

摘要：由于认知无线电网络中可用频谱存在时变特性,以往频谱切换中静态式的信道预留方式显然不能满足实际要求。为解决这一问题,在讨论认知无线电交互模型与博弈论的基础上,提出了基于严格位势博弈的动态预留信道选择方法,该方法将认知网络作为一种干扰减小网络,利用博弈交互原理实现动态参数的调整。在802.11h平台下给出了性能仿真分析。结果表明,该方法能够在增加少量网络总干扰的情况下实现动态预留信道选择,并且所预留的信道不受环境影响,从而适用于所有网络覆盖范围。

关键词：博弈论,位势博弈,动态预留,认知无线电,频谱切换

认知无线电CR (Cognitive Radio)[1]是一种智能的无线通信系统,它通过感知频谱实时调整参数来适应周边环境的变化,从而有效提高频谱利用率。在使用授权频谱资源过程中,认知用户SU(Secondary User)通过机会接入空闲信道,而主用户PU(Primary User)拥有最高优先权,有权强制中断认知用户的当前传输,因此在认知无线电网络中维持认知用户的通信质量显得格外重要。参考文献[2]提出了链路维持的几种最基本的频谱切换方案。对于具体如何实现,研究人员提出了多种可行的方法。参考文献[3]提出了一种将切换呼叫先排队缓存的方法,该方法在无空闲信道时等待空闲信道的出现再接入,存在较长的延时,不适用于实时性要求高的业务;参考文献[4,5]中提出了用预留信道机制实现频谱切换的方法,该方法预留一定信道给切换用户接入,实时性强,本质上是以牺牲新呼接入为代价换取较高的切换接入。但在认知切换网络中,由于可用频谱是时变的,预留的信道也应该是时变的,即预留应该是动态性的预留。本文构建认知无线电博弈模型研究动态预留信道选择方法,以解决静态式预留不适合认知切换网络的要求这一问题。

1 认知无线电的博弈论模型

博弈论(Game Theory)[6]是一系列可以用来分析、研究交互决策过程的模型和工具。认知无线电网络存在多个认知用户,每一个认知用户参数的调整均会影响到其他认知用户,由此形成交互过程。因此可以使用博弈理论分析认知无线电交互决策问题,每个认知用户可以根据环境观测结果调整参数逼近所要实现的目标,一般认知无线电观测到的结果为网络工作环境,比如干扰环境等。

在认知无线电网络中用标准形式博弈模型Γ={N,{Ai}i∈N,{ui}i∈N}[7]来建模认知无线电的交互决策过程。N为认知无线电集合;Ai表示博弈玩家i可以采用的行为集合,即认知用户可以选择的子信道集合;ui为认知用户i的效用函数,它是博弈玩家i的行为ai和当前对手的行为a_i的函数,i∈N,是认知无线电所要实现的某一目标,博弈玩家选择最大化或者最小化效用函数的行为。

如果定义网络中所有玩家的所有可能行为组合构成集合,,则效用函数ui:A→R。在分布式认知无线电网络中,各认知用户以分布式的方式在网络中通信,各用户之间在建立合作的同时又存在竞争,目的是使自己的效益最大化。针对这种自私情况,假设博弈的效用为最小化系统总干扰水平,认知用户可以通过在中心控制信道上观测到其他用户的干扰情况选择行为。效用函数可表示为:

其中,u(ai,a-i)为用户i观测到的干扰,P=[p0,p1,…,PN-1}是|N|个用户的发射功率集合,|N|为集合N的元素个数;ak和ai分别为用户k和i所选择的行为,即所选择的信道,σ(ak,ai)是干扰方程,gki为用户k到i的链路增益,表示为:

其中,λ为信道所在频段对应的波长,dki为k到i的实际距离。

2 基于严格位势博弈的动态预留信道选择

2.1 严格位势博弈

位势博弈(Potential Game)[8]是一种特殊形式的博弈模型,它的特性是存在一个位势函数V:A→R反映单边背离参与人导致的效用值的变化。位势函数V的变化值△V{=V(bi,a-i)-V(ai,a-i)}由单边背离参与人引起的效用函数值的变化△ui{=ui(bi,a-i)-ui(ai,a-i)}来反映。如果存在函数V使得对所有单边调整,有△ui(a,bi)=△V(a,bi)Vi∈N,a∈A成立,则称该博弈为严格位势博弈(Exact Potential Game)。

若效用函数选择为:

且满足

其中wij:Ai×Aj→R,函数Si:Ai→R,则称其为严格位势博弈[7],其位势函数为:

博弈论中,典型的稳态概念是纳什均衡NE(Nash E-quilibrium),纳什均衡是指在博弈过程中任何玩家都无法再最小化系统总干扰水平的状态。当且仅当满足:

此时,称行为向量a为NE。在严格位势博弈中,当节点以自私的方式进行调整时,博弈收敛到NE,并且V的所有极大值都是NE,且至少存在一个NE。

2.2 认知无线电的动态预留信道选择

在认知无线电的动态预留信道选择博弈模型Γ={N,{Ai}i∈N,{ui}i∈N}中,用F代替A,用Fi代替Ai为认知用户i可用的信道集合,信道空间为A=F=F0×F1×…×F|N|-1,是由各个无线电可用信道集合的笛卡尔积构成。

假设网络中可用信道数目为M个,M个信道形成一个频谱区,并分成互不重叠的正交子信道,子信道之间互不干扰。假设预留信道m,0≤m≤M-1,此时各认知用户均无法使用该信道,即Fi(0≤i≤|N|-1)信道集合中不包含信道m,引入符号Fim表示,则信道空间可以重写为:

选用最小化自身观测到的干扰水平作为效用函数,在信道m预留后,该效用函数可表示为:

其中Iim(f)为无线电i观测到的干扰,干扰方程σ(fk,fi)=max{B-|fk-fi|,0}/B,B为无线电所使用的带宽(假设各个无线电所使用的带宽均为B),fi(0≤i≤|N|-1)为认知无线电i所使用的频率且不可能为预留信道m。网络目标函数为最小化网络总干扰,网络总干扰Φm(f)表达式为:

对于认知无线电j,k∈N,如果gjkpjσ(fj,fk)=gkjpkσ(fk,fi)Vfj∈Fj,fk∈F,则称认知无线电j和k满足双边对称干扰BSI(Bilateral Symmetric Interference)[7]条件。如果对所有j,k∈N均满足BSI条件,由式(3)和式(4)可知其为严格位势博弈,严格位势博弈的NE存在性和收敛性保证了DSCR算法的收敛性,其位势函数为:

由式(8)和式(9)可知,任何自私的单边背离均会使上式值增加,从而降低网络总干扰,与网络优化目标一致。随着迭代次数的不断增加,网络总干扰随用户选择信道调整的不断减小直到纳什均衡点处,预留最优m值为:

此时,信道预留后网络总干扰为Φm*(f)。

3 仿真分析

采用802.11h发射功率和信道参数对本文所提出的动态预留信道选择方法进行仿真分析。假设认知用户数|N|=30,且随机分布在1 km2的正方形区域内,信号发射功率假设为1W,路径损耗指数为3,噪声功率为90dBm。同时假设认知无线电工作于5.47 GHz～5.725 GHz欧洲频段内,并以20MHz为一个频段将其分为11个信道,即M=11。各参数列于表1中。

考虑在某一较短时间内各认知用户的接入节点移动性很小,可令此时对所有的i,j∈N均满足BSI条件,为严格位势博弈。

假设信道7为预留信道,m=7,图1给出了某一较短时间内各认知用户的接入节点位置及其初始化信道,其中黑点表示节点的位置,黑点右边的数字表示初始化信道。由于网络中的可用信道为互不重叠的正交子信道,所预留的信道7自然不存在受环境影响的可能,从而该预留适用于所有网络覆盖范围。

以下为本文所提出的动态预留信道选择方法的仿真分析。在网络运行过程中,所有节点观测来自其他节点的干扰信号能量,并调整节点参数使得网络总干扰减小。图2给出了具有动态预留信道和未预留的网络总干扰随迭代次数的变化曲线,干扰中包括了噪声功率,其中预留试验在初始信道一定的条件下进行了3次试验。从图中4条曲线可以看出,网络总干扰随着节点参数调整而不断减小,这验证了严格位势博弈NE的存在性和收敛性,保证了认知无线电DSCR方法的可行性。从图中还可以看出,相比未预留的网络,具有信道预留的网络仅增加了少量干扰,然而收敛速度却快于前者。

图3(a)和图3(b)分别给出50次预留试验的网络总干扰和预留信道号,图中可以明显看出基于严格位势博弈的认知网络以较少网络总干扰为代价实现了动态预留信道的选择,且具有信道预留网络的干扰比未预留网络的干扰起伏小。

本文提出了一种基于严格位势博弈的动态预留信道选择方法,该方法用于在频谱切换过程中以增加少量网络总干扰为代价实现动态预留,解决了静态式预留不满足实际认知网络的问题。

参考文献

[1]MITOLA J,MAGUIRE G Q.Cognitive rasio:making software radios more personal[C].IEEE Personal Communications, 1999,6(4):13-18.

[2]WANG L C,CHEN A.On the performance of spectrum handoff for link maintenance in cognitive Radio[C].International Symposium on Wireless Pervasive Computing,ISW-PC2008, Santorini,Greece,May 2008:670-674.

[3]ZHANG Y.Dynamic spectrum access in cognitive radio wireless networks[C].IEEE International Conference on Communications,proceedings,ICC 2008,Beijing,China, May 2008:4927-4932.

[4]IEEE P802.22 TM/C0.3.Draft Dtandard for Wireless Regional Area Networks Part 22:Cognitive wireless RAN Medium Access Control and Physical Layer specifications, 2007.

[5]ZHU X R,SHEN L F,YUM T P.Analysis of cognitive radio spectrum access with optimal channel Reservation[J]. IEEE Communications Letters,2007,11(4):304- 306.

[6]FUDENBERG D,TIROLE J.Game theory[M].Burlington MA:Elsevier,2006:501-579.

[7]NEEL J.Analysis and design of cognitive radio networks ??and distributed radio resource management algorithms[D]. Blacksburg:Virginia Tech,2006.

[8]MONDERER D,SHAPLEY L.Potential games[J].Games and Economic Behavior,1996,14:124-143.

动态预留 篇2

预留地平面规划方案名称：

XX中学新址规划

一、情况简介：

我校是一所全日制寄宿学校。占地面积约32亩，学校现有X个教学班，学生人数X人，教职工约X人。本校建设拟分两期实施，现首期工程是薄弱学校改造工程15个教室，建成后可容纳学生人数X余人，教职工增加到约X人的规模，二、预征地20亩。

三、新址预留地学校规划设计：

1、设计总则：在规划设计时应考虑分两期建设的可行性。其中新的一套寄宿制配套工程、新教学楼辅助设施（围墙、篮球场、绿化带）一次建成，其他项目（后期的足球场、高中教学楼、塑胶跑道等）分两期建设。

2、规划新址位于现综合教学楼以西的地块，新址地貌是平地，地势平缓，水面积水会较多。

3、总平面规划要充分体现以人为本、以保护自然生态为原则，充分利用规划地块的地形特点，把规划地块建成宜教、宜学、宜动、宜静、宜居的园林式学校。建筑物造型要具时代性、实用性和经济性，新校区总规划面积约15亩左右。

1、新址分设教学区、生活区、运动区和娱乐休闲区，各区功能分明，但又要便于联络和管理。

2、各功能区的具体规划：

1)教学区（现征地块，大坎子以上）包括：A、可容56人的教室和实验室

共24间的教学楼，各教室要求设杂物间，面积约6~8㎡；B、每间面积约80㎡实验室共3间，并且有配套的准备室（仪器室）。其中安排12~15间，每间面积60㎡的教室，可考虑设于一二三层，楼层高度4~4.5m；

C、可容100人以上的多功能阶梯会议室一个（座）；D、建筑面积约100㎡的图书室一间（内设电子阅览室、开架阅览室、藏书室等）。本区建筑面积约2000㎡。

2)生活区包括：A、八人一室，每间室内面积约24㎡每层楼有厕所的学生

宿舍60间，（不含阳台及走廊）；B、可容纳600人同时就餐的师生食堂（含厨房）一座，面积约500㎡；C、在宿舍区的首层安排约80㎡的校医室一间和约60㎡的生活服务部一间。

3)行政区：教师办公楼一座约1000-1200㎡建筑面积。内设：A、六人一

室的教师办公室10间和行政办公室10间；B、面积约100㎡的会议室3间；C、100座位的教师会议室一间。

4)运动区：A、室外标准篮球场两个；B、400m塑料跑道田径场一个（内含

足球场1个、沙池等）；C、排球场3个和约100㎡的器材室等体育场地设施。

5)休闲区：包括广场及园景等休闲配套设施。