基于控制论和矩阵摄动理论的认知无线电系统动态资源分配问题研究

如何解决无线通信频谱资源有限性和该资源的有效利用之间矛盾是目前该领域研究的热点。本课题将针对认知无线电系统动态资源分配问题展开研究。由于该问题可转化为一个寻找某一动态系统平衡点或稳定点问题，所以对描述该问题的动态系统实施控制，通过选取控制变量使其达到原目标函数的要求等价为资源分配的求解过程。该动态系统模型具有特殊性，其控制变量可视为摄动项。通过控制来实现动态资源分配符合认知系统特点。研究分配过程的动态变化、寻找最优控制是未曾有过的新方法。课题的主要研究工作：1.利用控制理论中的Lyapunov方法寻找可行域中的收敛控制变量；2.利用矩阵摄动理论和线性系统的扰动理论讨论解的存在性理论依据;3.研究资源分配问题中约束条件和解可行域中控制变量的关系(局部稳定问题);4.由于该动态系统具有噪声干扰,要基于系统鲁棒性考虑研究如何得到具有抗干扰的控制变量;5.利用最优控制理论寻求与问题关联的性能指标。

本项目针对传统认知无线电系统资源分配模型及算法动态适应性差、鲁棒性不强及集中式网络成本过高等问题，集中围绕新型资源分配模型构建，认知系统自身不确定性大、抗扰动性弱及分布式网络下的智能资源分配算法等问题展开了深入研究。在项目执行期间具有开创性地构建了基于控制理论的投影动态系统与切换仿射系统模型，并基于该模型开发了一系列具有较强鲁棒特性的资源分配算法，同时通过引入粒子群、人工鱼群等智能学习理论有效的解决了集中式网络功效低的问题。通过项目执行期间大量的理论推导与仿真验证，在国内外期刊上共发表高水平学术论文33篇，其中SCI检索11篇，最终得出了可将传统认知无线电资源分配优化模型转化为可描述其动态行为的投影动态系统模型，并通过引入适当的控制函数对系统的运行状态施加控制这一重要结果，这是解决该类问题的一大理论创新，初步建立起了基于控制理论的认知无线电系统动态资源分配的理论框架，其具有重要的科学意义。