认知无线电网络中基于博弈论的频谱切换方法*

彭云飞，邵 尉，卢春兰

（陆军工程大学，江苏 南京 210007）

0 引言

随着5G 和物联网（Internet of Things，IoT）技术的快速发展和无线设备数量的爆炸式增长，频谱使用需求日益增长，频谱资源日趋紧张。

认知无线电网络[1]（Cognitive Radio Networks，CRN）允许次用户（Secondary User，SU）对许可频谱进行机会性使用。当主用户（Primary User，PU）到达时，SU 无论是切换至另一信道还是保持在当前信道，都将面临潜在的频谱占用冲突。一些研究工作将博弈论与认知无线电网络相结合。例如，文献[1]将空闲频谱进行定价，并将PU 之间的价格竞争定义为博弈。文献[2]研究了一种基于博弈论和拍卖理论的认知无线电车载网络频谱切换优化方案，以及一种基于成本函数的多属性决策方法，用于最优信道选择。文献[3]提出了一套基于欺骗的防御策略，以保护CRN 免受欺骗性攻击。认知干扰器和认知用户的相互作用被建模为Stackelberg 博弈。在已有的各种频谱切换方法中，优化目标都不尽相同；文献[4]的优化目标是最小化信道接入时间；提高频谱切换效率也是优化目标之一[5]；或者想提升系统总的吞吐量[6]。

在CRN 中，SU 必须竞争使用有限的频谱资源，机会式地利用频谱的SU之间是存在干扰的的特性。当累积干扰超过一定的阈值时，会对网络的服务质量（Quality of Service，QoS）产生影响。而博弈论是解决竞争优化问题的方法之一，因此本文将博弈论运用于CRN 的频谱切换问题。当PU 到达时，无论SU 选择切换或等待，都将面临潜在的频谱占用冲突。因此，定义新的期望累积切换时延，将频谱切换问题表征为Stochastic 博弈，并利用空间自适应博弈（Spatial Adaptive Play，SAP）算法找到问题的最优解。……