Radio-frequency portion of the electromagnetic spectrum is a scarce resource. Cognitive radio technology has emerged as a promising solution to overcome the spectrum scarcity bottleneck. Through this technology, secondary users (SUs) sense the spectrum opportunities free from primary users (PUs), and opportunistically take advantage of these (temporarily) idle portions, known as spectrum holes. In this correspondence, we consider a variant of the cognitive radio resource allocation problem posed by Martinovic et al. in 2017. The distinguishing feature of this version of the problem is that each SU, due to its hardware limitations, imposes the requirement that the to-be-aggregated spectrum holes cannot be arbitrarily far from each other. We call this restriction as the Maximal Aggregation Range (MAR) constraint, and refer to this variant of the problem as the MAR-constrained hole assignment problem. The problem can be formalized as an NP-hard combinatorial optimization problem. We propose a novel binary integer linear programming (ILP) formulation to the problem. The number of constraints in this formulation is the number of spectrum holes plus the number of SUs. On the other hand, the number of binary decision variables in the formulation can be prohibitively large, as for each legitimate spectrum allocation to each SU, one variable is needed. We propose a branch-and-price (B&P) framework to tackle this challenge. This framework is in fact a branch-and-bound procedure in which at each node of the search tree, we utilize the so-called (delayed) column generation technique for solving the LP relaxation of the corresponding subproblem. As evidenced by the numerical results, the LP relaxation bounds are very tight. This allows for a very effective pruning of the search space. Compared to the previously suggested formulations, the proposed technique can require much less computational effort.
翻译:电磁频谱中的无线电频率部分是一个稀有的资源。 认知式无线电技术已成为克服频谱稀缺瓶颈的一个有希望的解决方案。 通过这一技术, 二级用户( SUs) 感觉到原始用户( PU) 的频谱机会, 并有机会利用这些( 暂时的)闲置部分, 被称为频谱洞。 在此函文中, 我们考虑马丁诺维奇等人在2017年提出的认知式无线电资源分配问题的变式。 问题的这一版本的显著特征是, 每个 SU( 由于其硬件限制) 都要求, 即将合并的频谱洞不能任意地相互隔开。 我们称此限制为最大聚合区域( MAR) 的限制, 并称这个问题的变异性( 最大集合范围) 。 问题可以正式化为 马丁诺维奇等人等人等人等人( ) 的认知式线性编程( ILP) 。 由于硬件限制, 此配制中的频谱洞数加上SUIL 的数。 在另一个版本中, 软度框架中, 要求 软度框架 的 软性 的 软性, 软性 的 格式 格式 的 格式 的 的 格式 的 的 格式 的 的 的 的 和 的 格式的 的 的 的 的 的 的 的 格式的 的 的 的 的 的 格式的 的 的 格式的 的 的 的 的 的 的 的 的 格式 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的,, 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的