基于POMDP模型的分布式机会频谱接入算法

针对认知无线电（cognitive radio,CR）信道的动态特性,以部分可观测马尔科夫决策过程（POMDP）为模型对认知无线电网络用户的频谱感知和频谱接入过程进行研究,提出了基于POMDP模型的分布式机会频谱接入算法.该算法利用网络信道的历史频谱感知信息对主用户接入信道的状况作出估计,以认知用户吞吐量最大化为目标进行频谱接入.同时,通过贪心算法得到此优化策略的次优解,降低了最优策略的计算复杂度.论文分析了认知用户接入吞吐量与网络中信道数目以及信道状态转移概率之间的关系,将贪心算法与随机检测接入算法进行了仿真比较.仿真结果显示,该算法获得的吞吐量比随机检测接入算法提高了约25％,能够更有效地做出接入策略.     

市场竞争下的三阶段动态博弈频谱接入算法

采用两级动态频谱接入网络模型,提出了基于市场竞争的三阶段动态博弈频谱接入算法。利用逆推法和Bertrand博弈理论解决动态频谱接入问题。两个寡头(移动虚拟运营商:MVNO)先后确定所需频谱数并进行价格竞争吸引终端次用户,次用户可根据对速率和价格的不同偏好进行选择。理论推导和仿真分析了算法的正确性和稳定性,证明该算法存在唯一纳什均衡。仿真结果表明,MVNOs可以灵活做出最优投资和价格决定,达到收益最大化,为实际应用提供了参考模型。     

中继网络中基于能量效率的动态用户接入算法

为了解决中继网络中基于能量效率的用户接入问题,将用户数据需求严格受限下基于能量效率最优的动态用户接入问题建模为一个整数优化问题,该问题类似于一个NP-hard的多维背包问题.首先,采用穷搜法分析了该问题最优解的复杂度.然后,提出了一种低复杂度、高效的基于能量效率的动态用户接入算法(UAEEM).该算法在保证用户数据需求严格受限的前提下,按照系统射频端和电路端的能量效率最大原则,动态调整用户归属和中继的工作状态,以实现网络能量效率最大化.最后,通过仿真实验验证所提算法性能.结果表明,UAEEM算法能显著提高系统的能量效率、降低系统的计算复杂度,且其性能接近最优解.     

节点约束型最短路径的分层Dijkstra算法

针对节点约束型最短路径问题,提出了基于回溯法的分层Dijkstra算法,通过分层结构寻找局部最优解来求得全局最优解或次优解.该算法利用分层结构可保存搜索进度的优势,使其在寻找过必经点最短路径时可以实现对搜索进度的保存与回溯等操作.实验结果表明:分层Dijkstra算法虽然增加了一定的空间复杂度,但能有效地减少Dijkstra算法的调用次数;与深度优先搜索、几何代数算法相比,分层Dijkstra算法虽然不一定能找到理论最优解,但出解速度较快,在数据量较大的情况下能快速找到次优解.     

货郎问题求解算法分析

介绍了求解货郎问题的4个算法：贪心算法、MST近似算法、MM近似算法和回溯搜索算法。分别使用各个算法对一个货郎问题的具体实例进行求解，并对各个算法的性能进行了分析比较。贪心算法的运行速度较快，但在大多数情况下该算法找到的是次优解而非最优解。MST和MM近似算法用以求解满足三角不等式的货郎问题，其近似性能比（即精确度）分别为：RMST（I）＜2，RMM（I）＜3／2。回溯搜索算法可以求出货郎问题的最优解，随着城市数目的增加，其搜索效率会下降。     

基于信道选择和自适应功率控制的动态频谱分配

针对频谱分配过程中会出现用户间的干扰问题,提出了一种基于信道选择和自适应功率控制的动态频谱分配算法.该算法的基本思想是将认知用户间频谱的竞争转化为以信道选择为策略空间的博弈模型,通过调整发射功率和利用改进后的效用函数来选择最优的分配策略.实验结果表明:该算法在实现频谱动态分配的同时减小了对授权用户的干扰,提高了系统总吞吐量.     

一类改进的动态规划逆序算法

本文提出了一种改进的动态规划逆序算法,并通过MATLAB具体实现.该算法能给出最优解所对应的全部最优策略,并找到产生多个最优策略的原因.多个数值例子检验了此种新算法的优越性,也显示了本文中的算法程序对众多典型的动态规划应用问题的适用性.     

一种多点动态路由优化算法

将具有平稳优化性能的目的地最优算法和具有良好平均优化性能的“贪心”算法相综合,提出了一种多点动态路由优化算法,与已有的“贪心”算法等相比,该算法具有优化性能平稳、平均优化性能好等优点。     

基于贪心修正策略的遗传算法求解0-1背包问题

介绍了0-1背包问题的基本贪心算法,借助于启发式算法在求解NP问题中的良好表现,设计了一种基于贪心修正策略的遗传算法。该算法结合了贪心算法和遗传算法各自的优点,利用贪心算法强化了初始最优解,通过对遗传算法的改进,使其在寻求最优的过程中更具有优越性。实际数值计算和结果比较表明,该算法能有效解决0-1背包问题。     

基于用户集合势估计的认知无线电合作频谱感知

频谱感知技术是认知无线电系统的基本功能,是实现已授权频段的次级动态接入和共享的前提。提出基于用户集合势估计的合作频谱感知方案,旨在通过GEEF（gerschgorin exponentially embedded families）,SPEEF（sam-pled power exponentially embedded families）等算法估计出用户的集合势,即适合参与合作频谱感知的最优用户个数,再从全部合作用户中筛选出相应的频谱观测数据生成全局检测统计量,通过与判决门限进行对比,最终对授权用户状态做出判决。理论分析与实验结果表明,提出的方案能够有效地提高频谱感知的性能。     

基于快速MCVI算法实现CR信道接入*

在认知无线电(CR)技术中,无线网接入是一个极为重要的问题。针对这一问题,当前主流的解决思路包括博弈算法和基于部分可观测马尔科夫决策过程模型(POMDP)的算法。相比于博弈算法,基于POMDP模型的算法具有更好的环境适应性。在此背景下,本文提出了基于POMDP模型的快速蒙特卡罗值迭代算法(Fast MCVI)解决无线网接入问题。与其它解决POMDP模型的算法不同,该算法可解决值连续状态空间下的POMDP模型,具有更好的可靠性和稳定性。另外,相比于传统MCVI算法,快速MCVI算法使用非可支配排序遗传算法(NSGA2)进行优化,加快了算法收敛速度,使其在相同运行时间内能获得更好的决策结果。实验证明,通过值连续状态空间的POMDP模型对CR接入问题建模并使用快速MCVI算法进行决策,网络吞吐率比传统MCVI算法提高了1~1.7个百分点,比贪心算法提高了2.8~5个百分点。     

POMDP基于点的值迭代算法中一种信念选择方法

部分可观察马尔可夫决策过程(POMDP)是描述不确定环境下进行决策的数学模型.基于点的值迭代算法是求解POMDP问题的一类近似解法.针对基于点的算法中信念选择这一关键问题,提出了一种基于熵的信念选择方法(EBBS).EBBS算法通过计算可以转移到的信念点的不确定性,选择熵较小且到当前信念点集距离大于一定阈值的信念点扩充信念点集合.实验结果表明,通过熵选择信念点的值迭代算法只需要在较少数量的信念点上进行值迭代操作就能得到预期的折扣报酬.     

基于POMDP的可伸缩视频流优化决策调度

针对可伸缩视频流在无线通信中的数据包调度问题,提出了一种基于部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）的决策调度策略,在用户状态不确定或部分可观测条件下,采用POMDP建立了完整的最优化调度模型,以实现视频接收质量的最佳化.仿真实验结果表明,与传统的调度算法相比,该方法有效提高了视频流的平均峰值信噪比(PSNR).随着调度规模的扩大,其性能能够逐渐逼近用户状态完全确定的理想马尔可夫决策过程（MDP）模型.     

基于POMDP的主动雷达制导弹干扰措施优化方法

以主动雷达弹对抗为背景,研究了单平台机载电子对抗资源的调度问题。为解决导弹导引头状态观测不确定性问题,引入部分可观测马尔科夫决策过程(POMDP)理论,分析了POMDP模型的要素,建立了针对主动雷达制导导弹的干扰资源优化POMDP模型,并利用最优策略可达空间的连续近似法(SARSOP)进行求解。将电子支援措施(ESM)的观测值输出与电子干扰措施(ECM)的优化策略相结合,提出了一种基于POMDP的电子对抗资源实时调度优化算法。仿真结果表明,该方法能够实现目标状态不确定情况下的干扰资源有效调度,相比现有的调度策略,可以使导引头更多维持在搜索状态,更少停留在稳定跟踪状态。     

基于POMDP的贪婪算法次优频谱接入

在ad hoc网络中, 由于受硬件和能量的限制,在没有数据发送的情况下,次用户无法监控到频谱,不能执行全频谱的感知,因此,针对现有的机会频谱接入(OSA)算法大都基于信道状态具有完全知识的马尔科夫建模的情况,本文提出了基于部分可观察的马尔科夫(POMDP)的决策论方法,该方法综合考虑了机会频谱共享系统的感知和接入优化策略。由于受维数灾难的影响,本文设计了一种基于贪婪算法次优的频谱接入方法,并从理想感知和感知错误存在两方面进行仿真分析。结果表明,在POMDP模型下该方法能有效地避免主次用户之间的资源使用冲突,实现对频谱的有效利用。     

优化策略模型下的匹配律算法

利用基于部分可观马尔可夫决策过程的策略搜索模型,提出了一种具有优化行为的策略搜索算法,并推导出满足匹配律的策略算法.被试可通过调整策略参数,最大化目标值函数的期望值,并根据已往的经验调整策略参数.假定被试所处的环境具有马尔可夫性,通过计算值函数期望值的梯度可求得优化行为的策略搜索算法.理论分析与仿真结果表明,如果策略参数与值函数的期望值仅受当前经验的影响,则可由获得优化行为的策略算法推导出符合匹配律的策略算法.研究结果揭示了匹配行为与优化策略搜索算法之间的关系,表明满足匹配律的决策行为是一类达到次优的决策行为.     

优化型自适应频谱感知调度算法

针对传统的周期性频谱感知机制对空闲频谱机会的有效利用率不高,且与主用户碰撞概率较大等问题,在多用户协作感知场景下,提出了一种优化型自适应感知调度（OASS）算法.利用部分可观测马尔可夫决策过程理论,将自适应感知调度建模为决策优化控制问题,当每个时隙开始时,从频谱感知、数据传输、休眠等待、信道切换4种可选策略中选择最优策...     

有限规划水平部分可观Markov自适应决策过程的参数决策

提出了一种有限规划水平部分可观、不确定Markov决策过程自适应决策算法.算法的基本思想是运用Bayes理论对未知系统进行"学习”,通过最小决策失误概率的参数决策实现参数估计,在参数估计的基础上进行控制决策从而以最大概率实现最优决策.文中证明了决策算法的收敛性.仿真结果表明了决策算法的有效性.     

A navigation method based on POMDP for smart wheelchairin uncertain environments

A navigation method based on the partially observable markov decision process (POMDP) for smart wheelchairs in uncertain environments is presented in this paper. The design key factors for the navigation system of a smart wheelchair are discussed. A kinematics model of the smart wheelchair is given, and the model and principle of POMDP are introduced. In order to respond in uncertain local environments, a novel navigation methodology based on POMDP using the sensors perception and the user's joystick input is presented. The state space, the action set, the observations and the sensor fusion of the navigation method are given in detail, and the optimal policy of the POMDP model is proposed. Experimental results demonstrate the feasibility of this navigation method. Analysis is also conducted to investigate performance evaluation, advantages of the approach and potential generalization of this paper.     

Genetic approach for Cell-by-Cell dynamic spectrum allocation in the heterogeneous scenario

<正> In this paper,a genetic algorithm (GA) is investigated to deal with cell-by-cell dynamic spectrumallocation (DSA) in the heterogeneous scenario with temporal and spatial traffic demand changes,whichis also known as a difficult combinatorial optimization problem.A new two-dimensional chromosome encodingscheme is defined according to characteristics of the heterogeneous scenario,which prevents forminginvalid solutions during the genetic operation and enables much faster convergence.A novel randomcoloring gene generation function is presented which is the basic operation for initialization and mutationin the genetic algorithm.Simulative comparison demonstrates that the proposed GA-based cell-by-cellDSA outperforms the conventional contiguous DSA scheme both in terms of spectral efficiency gain andquality of service (QoS) satisfaction.