一种无线认知网络频带分配方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线认知网络频带分配方法，包括根据认知无线网络的处理能力和主用户的最小可分辨流量，确定子载波带宽，将总带宽划分为子载波组成的集合；然后对子载波集合进行分组，获得信道集合；并将主用户的流量在信道间进行分配，使得信道完全占用或空闲。通过本发明，可以规范化主用户的流量分配和带宽占用，避免信道出现部分占用的情况，简化无线认知网络中的二级用户对信道状态的检测，提高对信道状态的检测效率，降低二级用户的传输控制复杂度。
【专利说明】一种无线认知网络频带分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种无线认知网络频带分配方法。
【背景技术】
[0002] 在CRN网络中，主用户（Primary Users，PU)指那些对某段频谱的使用具有高优先 级或合法授权的用户，二级用户（Secondary Users, SU)是指那些低优先级的用户。SU对 频谱的使用不得对PU造成干扰，因此要求其能快速、可靠地感知TO使用授权频谱的情况。 SU必须具备对现有信道占用情况的认知能力，因而也称其为认知用户（Cognitive Users)， 在网络结构中则表示为认知节点。
[0003] 认知网络开放式的频谱使用策略允许网络中的SU和授权系统的PU共享相同的频 段，根据和PU达成的协议以及干扰约束条件，SU可以在不干扰PU的前提下，使用那些未被 TO占用的频段。从原理来看，认知网络中的频谱共享策略主要分为覆盖式（underlay)和叠 加式（overlay)。无论是覆盖式还是叠加式，其目标都是在不影响TO的前提下，尽可能提高 PU与SU的共享程度、提高频率资源利用率。针对这一目标，已有各种文献提出了多种方案。
[0004] S. Huang 等于 2〇〇8 年在 The27th Conference On ComputerCommunications (美 国电气和电子工程师协会计算机通信会议）上发表的"Opportunistic spectrum access in cognitive radio networks"（认知无线网络中的伺机频谱接入），提出了基于不同 的感知、退避和传输机制的三种频谱接入方案，并给出了对于次级用户性能的闭式分析。 Anandkumar等于2010年发表在IEEE INF0C0M(电气电子工程师协会计算机通信国际会 议）上的"Opportunistic spectrum access with multiple users ：learning under competition"（多用户的伺机频谱接入：考虑用户竞争的学习算法），研究了如何使多个次 级用户中合作式分配达到总吞吐量最大，并提出了一种学习机制以分布式的方式达到渐进 式最优。但是上述文献的方法有较强的应用局限。
[0005] Ahmad 等于 2〇〇9 年发表在 Information Theory, IEEE Transactions (美国电 气和电子工程师协会信息论）上的"Optimality of myopic sensing in multichannel opportunistic access,，（多频道伺机接入中短视感知方法的最优性），证明了在主用户 是独立和同等分布下的马尔科夫过程模型中，当状态变化与时间正相关时短视感知策略是 最优的。Tekin等于2011年在IEEE INF0C0M(电气电子工程师协会计算机通信国际会议） 上发表的 "Online learning in opportunistic spectrum access ：A restless bandit approach,(伺机频谱接入的在线学习机制），构造了一个考虑主用户频段时变条件下次级 用户频谱接入的在线学习算法。但是上述算法的缺陷在于均采用集中式算法，拥有较高的 运算复杂度以及额外的通信开销。
[0006] 要达到理想的CRN通信效果，即PU与SU的频谱共享程度最大化而不又影响PU的 性能，主要挑战在于SU需要准确和及时地感知PU的忙闲状态以及对频谱的占用情况。现 有技术大多从提高SU感知能力入手，设计各种状态和频谱感知算法，以期获得最高的频谱 资源利用率。然而，考虑到ro流量的随机性和突发性（burstiness)，单纯依赖SU的感知能 力，很难取得比较好的感知效果。
[0007] 而现有文献缺乏利用优化TO流量分配改善SU感知效果的做法。
【发明内容】
[0008] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种无线认知网络频带分配方 法。
[0009] 本发明采用如下技术方案：
[0010] 一种无线认知网络频带分配方法，包括如下步骤：
[0011] S1、设当前可用的总带宽为W，根据认知无线网络的处理能力和PU的最小可分辨 流量，选择合适的正整数M，按如下公式确定子载波带宽 σ :
[0012] σ = ff/2M,
[0013] 其中Μ为选定的正整数。
[0014] S2、# 〇为单位，将总带宽W划分为一组子载波组成的集合A :
[0015]
【权利要求】
1. 一种无线认知网络频带分配方法，其特征在于，包括如下步骤： S1设当前可用的总带宽为W，根据无线认知网络的处理能力和主用户的最小可分辨流 量，按如下公式确定子载波带宽σ :
其中Μ为正整数； S2以σ为单位，将总带宽W划分为Ν个子载波组成的集合A :
其中N为子载波总数为floor函数，H(a D为获取a i带宽的函数，Z为整数集； S3选取集合A中的任意一条子载波作为公共控制信道供主用户传送控制信息给主用 户接收方；对集合A中剩余的N-1条子载波按照子载波带宽σ的2次方倍进行分组，获得 信道集合Β，
S4从队列中读取主用户在t时刻的流量R(t)，并将R(t)表示成子载波带宽〇的2次 方倍数的和：
其中，Ik[R(t)]为指示函数，Ik[R(t)]由t时刻从队列中读取的主用户流量R(t)决定， 其值为〇或1 ;M为ceiling函数； S5根据Ik[R(t)] (0 < k〈M)的值，将t时刻读取的主用户流量R(t)分配到信道集B的 信道上进行转发； S6统计集合B中每个信道被主用户使用的频度，并将该信道使用频度近似作为该信道 的主用户使用概率，记为：
然后将B中的信道按照各自的使用概率从大到小重新编号，使得：
其中i，j e [〇，Μ-1]为重新排序前的编号，而k，1 e [〇，Μ-1]为重新排序后的编号，保 证信道使用概率按照排序后编号的增大而递减； S7按照信道使用概率递增的顺序，即重排后编号从大到小的顺序，检测所有信道的状 态，选择其中的空闲信道作为二级用户的数据传送信道。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5中，具体分配方法如下： S5-1，初始状态下，令
e Z，并将当前待分配流量记为V，
S5-2,如果Ik[R(t)] = 1，则从V中分配2k〇的流量给信道i3k，并更新V为（V-2k〇)， 如果 Ik[R(t)] = 0,则执行 S5-3 ; S5-3,如果k>0,则更新k为k-Ι，返回S5-2 ;如果k〈0,则将V的剩余流量全部分配给 信道β(!，分配过程结束。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S7中按照使用概率递增的顺序，即重 排后编号从大到小的顺序，为无线认知网络中的二级用户选择转发信道，具体为：二级用户 检测信道的占用状态，从主用户使用概率最小的信道开始检测，判断其状态是否为"占用"； 如果是，则跳过，继续检查主用户使用概率次小的信道；如果该信道状态为"空闲"，则二级 用户占用该信道；上述过程持续到信道集合Β中全部信道检查完毕，或二级用户当前所占 用的信道总带宽已满足二级用户本次传输的带宽需求为止。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中每条信道^^所包含的任意两 个子载波α (i)，a (i+1)为相邻频段或是不相邻频段。
5. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤S7中检测信道β k的状态时，无需 逐一检测信道β k中所有2k个子载波的状态，而仅需选取其中一个子载波af1,获知子载波 的状态等同于获知所属信道β k的状态。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S1中的子载波带宽〇是在认知无线网络 处理能力允许的最小值。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S6中若多个信道的使用概率相等，则原始 编号较小的信道重新排后的编号也较小。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S7中，当二级用户数目多于一个，需 设立一个访问代理负责完成信道状态检测，并协调多个二级用户的资源请求；所述访问代 理是专职代理，或选择一个二级用户节点兼任。
【文档编号】H04W72/08GK104144427SQ201410354038
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】黄松, 许勇, 郑心炜, 张凌, 布社辉 申请人:华南理工大学