申请/专利权人：福州大学

申请日：2022-10-18

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN115766089B

主分类号：H04L9/40

分类号：H04L9/40;H04L41/14;H04B17/382

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2023.03.24#实质审查的生效;2023.03.07#公开

摘要：本发明涉及一种能量采集认知物联网络抗干扰最优传输方法。通过将认知无线电技术、能量采集技术、抗干扰技术在通信领域相结合，将认知物联网络建模为一个主基站、多个主用户、多个物联网节点、一个物联网认知基站和多个恶意攻击节点所构成的完整系统。通过深度强化学习方法对认知物联网络各个节点在发送、接收信号被恶意攻击的情况下，认知基站无需先验知识，无模型的学习恶意节点信道攻击策略，合理制定对抗策略并调节各个节点的信道接入、模式选择和功率分配以达到系统吞吐量最大化目的。本发明适用于无线通信领域。

主权项：1.一种能量采集认知物联网络抗干扰最优传输方法，其特征在于，通过将认知无线电技术、能量采集技术、抗干扰技术在通信领域相结合，对认知通信网络各个节点在发送、接收信号被恶意攻击的情况下，认知基站无需先验知识，无模型的学习恶意节点信道攻击策略，制定对抗策略并调节各个节点的信道接入、模式选择和功率分配以达到系统吞吐量最大化目的；该方法具体步骤如下：步骤1、搭建强化学习环境，考虑一个以认知基站CBS为圆心半径为1km的范围，N个CIoT节点位于圆内且服从泊松分布，CIoT节点拥有相同的初始功率Pt0＝{P1t0＝P0,...,PNt0＝P0}和电池水平Bt0＝{B1t0＝B0,...,BNt0＝B0}，空闲信道数量为L；在此范围内考虑一个恶意攻击节点，它也服从泊松分布，也有初始功率Pjt0＝Pj0；CBS为agent使用强化学习算法与环境进行交互；步骤2、构建基于深度强化学习的认知通信网络抗干扰资源分配算法，首先生成认知通信网络的拓扑结构，初始化训练轮次数episode，每轮训练次数steps，actor的学习率lr_A，critic的学习率lr_C，奖励折扣率γ，经验回放池D的最大容量C，训练批次大小batch_size以及神经网络权重参数：策略网络actor的online权重θμ和actor的target权重θμ′，Q网络critic的online权重θQ和actor的target权重θQ′；步骤3、在每个episode的开始，更新认知通信网络环境中所有CIoT节点和攻击节点的位置和并重新计算所有链路的信道增益，包括CIoT节点与CBS的信道增益和恶意攻击节点与CIoT节点的信道增益更新频谱感知得到的信道状态Ιt＝{I1t,...,ILt}，信道状态为繁忙或空闲；更新后的CIoT节点电池状态Bt＝{B1t,...,BNt}；得到状态空间作为每个episode的开始的初始状态；步骤4、在每个episode的第t个step，CBS将St带入DDPG算法得到动作将动作与环境交互，在τ时间内CIoT节点根据更新每个节点的工作模式Mit，选择频谱接入或能量采集，之后在1-τ的时间内通过能量采集公式更新每个CIoT节点获取的能量Eit，或者在1-τ的时间内按照功率Pit接入空闲信道进行数据传输；在1-τ时间结束后更新每个CIoT节点电池状态Bit+1；CBS在每个t时隙最后根据下式计算CIoT节点总的吞吐量即强化学习的奖励r： 其中T为每个时隙的时长，W为带宽，SINRit为第i个CIoT节点的信噪比；在得到奖励r后，对于长期的系统性能，即累积吞吐量，不仅应该考虑当前时间段t上的瞬时奖励r，还应该考虑未来的奖励；因此，从第t个时间段开始的折现未来累积吞吐量表示如下： 其中，折扣率0＜γ＜1；将累计吞吐量最大化，表述为： s.t.INPt≤ILt 其中，表示期望的给定值，Gt表示从第t个时隙开始的折现未来累积吞吐量，INPt表示第t个时间段上功率分配策略集合中大于零的元素数，ILt表示第t个时间段处的空闲通道数，T为每个时隙的周期，τ为每个时隙中控制阶段的持续时间，Pit表示第t个时隙处CIoT节点i的发射功率，es表示为信号交换所需的能量，gibt表示CIoT节点i与CBS之间的信道增益，n表示高斯白噪声n～N0,ω2，SINRthreshold表示信干噪比阈值；步骤5、CBS将动作每带入环境后，环境会返回相应的奖励r和下一状态CBS将这个状态转换过程存入经验回放池R，作为训练online网络的数据集；之后从经验回放池R中，随机采样batch_size个已存放数据作为online策略网络、onlineQ网络的一个mini-batch训练数据；用si,ai,ri,si+1表示batch_size中的单个transition数据；而后进行DDPG算法神经网络的更新。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 福州大学 一种能量采集认知物联网络抗干扰最优传输方法

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