共生时变二进制樽海鞘群算法的频谱分配优化

发布时间：2021-09-01 02:26

　　针对认知无线网络中频谱分配优化和寻优收敛精度等难题,在图论模型的基础上提出一种共生时变二进制樽海鞘群算法,并将其运用到认知无线电频谱分配中.首先,在追随者位置更新中引入共生策略以增强开发能力;其次,在连续空间和离散空间转换过程中,引入时变函数对位置进行离散化;最后,采用改进的二进制樽海鞘群算法以最大化系统总效益和次用户公平性为目标与其它算法进行对比实验.结果表明,改进的二进制樽海鞘群算法在应用实例中优于其它算法,且能够有效、稳定用于频谱分配优化. 

【文章来源】：微电子学与计算机. 2020,37(04)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

Sigmoid转换函数

如图2所示,在当前认知无线网络环境中,次用户数N=4,信道数M=4,根据它们的网络拓扑结构,计算出空闲矩阵L.找到矩阵L中1的位置,并按照递增的顺序,将樽海鞘个体二进制编码的位置x映射为分配矩阵A.由于樽海鞘初始位置编码是随机产生的,如果遵循上面映射关系的编码形式,此时通过式(7)和式(10)离散化的位置未必满足定义3中相干矩阵的约束条件.所以,需要对种群个体的位置实行约束处理.对任何信道m(0≤m<M)查看相干矩阵C中满足cn,k,m=1的全部n和k,核实分配矩阵A中的an,m和ak,m的值是否同时为1,倘若都为1,则把an,m和ak,m的其中之一反置为0,另一个不变.通过如上步骤后,当前樽海鞘位置编码才满足无干扰约束条件,才可以解决频谱分配问题.同时,将式(12)、(13)、(14)作为频谱分配的目标函数值,以此当作频谱分配优劣的衡量标准.

通过多次试验结果,在不同信道环境下,IBSSA所取得系统带宽总效益每次都要比另外三种算法要大,且公平性也要比SBSSA、BSSA和GA更优.图3为某一次实验结果,系统总效益与进化次数的关系.从图可知,IBSSA算法的系统总效益要比其它三种算法要大,说明本文改进的二进制樽海鞘群算法的有效性.对标准樽海鞘群算法加入共生策略后的SBSSA要比BSSA寻优精度提升6.7%.从图形可知,前期SBSSA算法和BSSA算法收敛速度和精度相差不大,但后期SBSSA要比BSSA有更好的收敛精度,验证了第2.3节提到的加入共生策略后增强了算法的开发能力.采用时变函数和共生策略的IBSSA算法要比BSSA寻优精度提升18.6%.从图可知,IBSSA在收敛速度和收敛精度都要好于其余三种算法,说明引入时变函数后能够更好平衡算法的探索能力和开发能力.综上可得,IBSSA在收敛速度和寻找最优解能力都要比另外三种樽海鞘群算法优秀.


本文编号：3376096