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埃及信息学杂志23(2022)13一种基于最优配置的无线网络Ayoub Alsarhan哈希姆大学计算机信息系统系。Box 150459,Zarqa 13115,Jordan阿提奇莱因福奥文章历史记录:收到2020年2021年2月26日修订2021年5月3日接受2021年5月19日网上发售保留字:认知无线电主要用户次要用户动态频谱分配频谱利用频谱交易A B S T R A C T过去数年,由于无线服务及应用的迅速增长,全球对无线电频谱的需求急剧增加。为了满足日益增长的无线电频谱需求,必须开发新的方案来有效地利用空闲频谱。认知无线电是一种有效解决频谱稀缺问题的新兴技术。因此,在本文中,我们提出了两个方案,以激励主用户(PU)共享频谱与次用户(SU)。所提出的计划的关键问题是通过向富裕的SU租用免费频谱来最大化PU的利润。在驱逐计划中,利润较低的SU被驱逐出服务,为富裕的SU服务。折叠方案通过重新配置频谱请求来服务于它,如果可用的频谱大小不足以满足请求,则减小请求的大小。仿真结果表明,新方案能使PU的收益最大化显然,结果证实了所提出的方案的能力,以有效地利用空闲频谱。©2022 The Bottoms.出版社:Elsevier B.V.代表计算机与信息学院开罗大学。 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。1. 介绍无线服务和应用一直呈指数级增长[1,2]。这是由于新的无线技术和网络范例的出现因此,无线电频谱由于其无法适应这种增长的需求而变得拥塞[1CR使PU能够利用频谱来产生额外的钱并为更多的SU服务。此外,CR有助于解决由固定频谱分配策略导致的频谱稀缺问题[1]。然而,这些策略无法满足高带宽需求。此外,许多研究表明,大量的频谱未被利用(频谱机会)。因此,有必要重新考虑开发利用未使用频谱的新方案。一种新的通信模式-动态频谱分配(DSA)已经出现,以实现频谱分配电子邮件地址:ayoubm@hu.edu.jo开罗大学计算机和信息系负责同行审查。动态地。在DSA中,频谱由PU动态分配。CR使DSA成为可能并使其成为现实[2,5频谱可以使用CR租用给SU。在该频谱共享模型中,SU可以访问免费频谱,前提是他们支付频谱使用费[3]。位于任何公共场所的接入点是频谱交易的一个例子,用户必须支付访问互联网的费用。在频谱交易市场中,用户通过频谱交易机制将其空闲频谱的使用权临时转让给用户。频谱是根据频谱所有者的目的和目标根据SU租用的。在我们的工作中,PU提供租用他的免费频谱。之后,他收到频谱请求。然后,根据提供的价格对请求进行排序。PU试图通过为最富有的SU提供服务并有效地利用频谱来尽可能地最大化利润。为了使PU请求属性决定PU的利润属性本质上是与特定服务请求相关联的值这些值包括:报告利润、频谱价格、租赁期、所需频谱的大小(即所需频谱单元的数量)。这种分析使PU能够最大限度地提高自己的利润。在我们的驱逐策略中,如果整个频谱都很忙,并且新来的客户端提供的服务价格高于服务中的客户端,则PU会尝试为新的请求提供服务为了最大化利润,https://doi.org/10.1016/j.eij.2021.05.0011110-8665/©2022 THE COURORS. Elsevier B.V.代表开罗大学计算机和信息学院出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。制作和主办:Elsevier可在ScienceDirect上获得目录列表埃及信息学杂志杂志主页:www.sciencedirect.comA.阿尔萨尔汗埃及信息学杂志23(2022)1314对于富裕用户,PU试图驱逐报告利润最低的服务中用户。被驱逐的用户得到补偿,以鼓励他们释放自己的频道。此外,我们提出了另一种方案(折叠方案),其试图通过配置频谱请求来利用整个空闲频谱来为SU服务。如果频谱的请求大小大于空闲频谱的大小,则PU可以减小请求的大小。为了激励SU接受新配置,PU为新配置提供较低的价格。本文的贡献摘要如下:1) 我们研究的问题,确定最佳的接纳频谱请求。我们的计划优先服务的请求,最大限度地提高PU2) 提出了一种新的请求配置方案。该方案考虑了自由谱的大小和所需的谱单元数。它试图减少所需的大小,以利用可用频谱的小尺寸。3) 提出了一种新的方案,驱逐一些用户在服务中,利用他们的频谱服务富裕的客户。据我们所知,这是第一次尝试,以最大化PU4) 对这些方案进行了广泛的性能分析。结果表明,PU可以通过配置一些请求和优化的接纳和驱逐控制的利润最大化。本文的组织结构如下。我们在第2中展示相关作品。接下来,我们在第3中描述系统模型。我们在第4中对问题进行了计算,然后描述了我们的方案。我们在第5中评估了所提出的方案的性能。最后,对全文进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望.2. 相关工作在过去的几十年中,出现了许多无线服务,导致频谱需求急剧增加[1,2]。频谱是当今最稀缺的自然资源[2]。传统的频谱管理策略已不能满足人们对无线频谱资源日益增长的需求。PU具有使用这些策略访问其频谱的专有权利。这些策略阻止SU访问免费频谱。不幸的是,许多研究报告指出,频谱的很大一部分未得到充分利用[1在频谱交易中,采用CR来解决或至少通过允许SU免费接入来缓解频谱稀缺问题,前提是它们为频谱使用付费[25在文献[1,6]中,作者提出了DSA来利用未使用的频谱。DSA启用CR技术,允许SU检测空闲信道并在不干扰PU的情况下访问它们。尽管一些方案[9-然而,PU支付获得访问频谱的专有权。在[12]中,作者提出了一种新的基于博弈论的频谱定价策略。频谱被交易给SU。一个密封投标背包拍卖机制被用来交易自由频谱。然而,该方案没有考虑利用整个频谱,因为它没有尝试重新配置频谱请求以利用小尺寸的空闲频谱。此外,它并没有试图驱逐贫穷的服务请求,以服务于富裕的SU。在文献[2]中,作者提出了利用博弈论进行频谱分配的方法。他们讨论了将博弈论用于频谱交易的几个方面,如SU的行为分析和有效交易方案的设计在[13,14]中,作者提出了一种新的方案,通过抢占服务中的SU来允许PU访问他的频谱,从而最大化PU的利润所提出的方案的主要关注点是保护PU并允许他随时访问他的频谱该方案在所有信道都被占用且无法找到空闲信道为PU服务时抢占SU应用动态规划方法,寻求最大化长期平均利润的最优接纳控制策略结果表明,该方案的性能只取决于市场上的SU的总数。在[15]中,无线服务提供商(WSP)通过拍卖技术为PU租赁空闲频谱然后,PU将免费频谱租给SU。一旦PU需要这些通道,SU必须释放这些通道PU通过固定金额的现金补偿被驱逐的SU线性规划用于寻找最优控制策略。作者在[16]中研究了交易Wi-Fi服务的经济前景。在拟议的频谱市场中,WSP将免费频谱出租给SU以实现利润最大化。该方案考虑了影响WSP利润的主要因素.这些因素包括:● 渠道成本。● 服务质量(QoS)约束。● 保护PU免受对其频谱的未经许可的访问在[17]中,作者研究了SU的QoS。在所提出的方案中,SU在检测到PU的信号时释放信道。因此,由于PU活动,SU的QoS显著降低。在此基础上,提出了一种基于信道属性的信道排序方法。这些属性包括:带宽、干扰和信道误码率。在[18,19]中,作者研究了PU的利润最大化。自由频谱用于服务多个类别的SU。在该频谱市场中,PU被给予优先于SU接入空闲频谱的优先级。该方案在PU到达时抢占SU。在[20]中,PU可以将免费频谱租给SU以产生额外的钱。该方案的主要目标是最大化用户的利润和满足用户的需求约束。利用强化学习模型(RL)提取最优控制策略,用于对一组SU进行频谱租赁。该方案的主要目标是最大化总利润和有效利用空闲频谱在[21]中,作者提出了新的交易方案,其中PU通过租用免费频谱为一组SU服务买方/卖方范式被用来描述PU和SU之间的相互作用。PU设定的价格的光谱,以最大限度地提高他的利润。在[22]中,所提出的方案的主要关注点是最大化利润和基于等级服务SU请求。SU不幸的是,这些方案中的一些没有考虑通过抢占服务中的SU来服务富有的请求来最大化PU的总利润。此外,他们忽略了利用整个频谱配置频谱请求,以减少在队列中的SU的延迟时间。此外,他们中的一些人[23,24]没有考虑频谱的有限数量。他们假设频谱一直是免费的,PU不能抢占SU来产生额外的钱。然而,这些计划都没有考虑到以下方面:(i) 通过抢占服务中的SU来服务富有的请求,使PU的总利润最大化。(ii) 通过配置新请求来利用整个频谱(iii) 通过以较低的价格提供较小的频谱大小来减少SU在队列中的延迟时间。A.阿尔萨尔汗埃及信息学杂志23(2022)1315WW.ΣX.Σ3. 系统模型如示于图 1,我们在工作中将通道建模为1/0Kqjs1/4(q:qi≥0;Xi¼1si≤W)ð6Þ交替更新过程1(0)周期意味着通道被占用(空闲)并且不能交易。我们假设1/0跃迁可以通过频谱感知检测到,但这不是本文的关注点。使用以下条件来指定通道的状态可能的子状态s的集合被给出为:Ks¼ fs:si2 f0; 1g每个SU都知道他的请求,但不知道关于其他SU的请求。我们假设C是频谱的成本。 频谱市场状态定义如下:S¼.1;p>T2016年10月11日,0;pTf)8:{9:xminrj;j2Z10:if(ri>rx)11:驱逐办法(一);12:if(rirx)11:FoldingScheme(i);第十二章:第十三章:4.1. 驱逐计划奖励是支付给PU的钱的数量,以换取访问PU的频谱。该方案在新请求到达且该请求的回报大于队列中所有SU的回报和部分服务中SU的回报时,驱逐服务中的请求。它只在整个频谱繁忙时驱逐SU。驱逐计划如下:变量定义compensate(l)使用等式(1)补偿第l个SU的方法(13)逐出(1)用于逐出第1个SUassign(sl,i)用于为第l个 SU分配第i个 SU频谱的方法算法2:驱逐方案1:排序(E);2:Ei¼Red New Requst新需求;3:l minrj;j2Z4:x maxrj;j2iZ5:g = 0;6:while(g
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