基于pu活动的认知无线电网络的广播方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及认知无线电领域，尤其涉及一种基于PU活动的认知无线电网络的广 播方法。
【背景技术】
[0002] 认知无线电（CognitiveRadio,CR)的概念起源于 1999 年JosephMitola博 士的奠基性工作，其核心思想是CR具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利 用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。认知无线电网络（CognitiveRadio Networks,CRNs)是认知无线电技术的网络化，是当前无线网络领域的研究热点。之前对认 知无线电网络的研究主要集中在MAC层和路由层上，近几年来关于认知无线电网络的广播 问题成为新的研究热点。
[0003] 当前研究表明，传统无线网络中的广播算法不适合认知无线电网络，其原因在于， 在传统的无线网络中，可以通过一条公共的信道传送广播信息，而在认知无线电网络中缺 乏可用的公共信道。人们尝试各种广播算法以解决现有的广播算法不适用于认知无线电网 络的问题。如Kondareddy和Agrawal提出的选择性广播算法，该算法主要思想是减少广 播信息需要发送的信道集；实验证明，选择性广播算法可以有效减少广播时延和降低冗余。 Song等人提出的分布式广播算法，这种算法有很高的广播成功率并且有较好的延迟。
[0004] 但现有应用在认知无线电网络中的广播算法并没有考虑活动对信道的影响或 者没有对PU(PrimaryUser，主用户）活动进行定量分析。由于没有统一可用的信道和PU 活动对信道的影响，使得认知无线电网络存在以下挑战：
[0005] 其一，对传统adhoc网络来说，由于可用信道的统一性，网络中的所有节点可以在 同一个信道上传送或接受信息。其中，Adhoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络， 又称为多跳网（Multi-hopNetwork)、无基础设施网（InfrastructurelessNetwork)或自 组织网（Self-organizingNetwork)。然而，在CRadhoc网络里不存在这样一条对所有的 节点都可用的信道。
[0006] 为进一步说明上述问题，我们考虑在传统adhoc网络和CRadhoc网络中单跳 广播的情景。如图1，其中节点A是源节点，B和C是A的邻居节点。如图1(a)，在传统ad hoc网络中，有统一的公共信道CH1，因此节点A只需发送一次广播信息，在无差错的情况下 它的所有邻居节点就可以收到该信息。但是在CRadhoc网络中，各个节点的可用信道是 不同的，如图1 (b)中，节点A的可用信道是CH1和CH3,节点B的可用信道是CH1和CH2,节 点C的可用信道为CH2和CH3。此时，节点A需要在多个信道上发送广播信息，才能覆盖它 的邻居节点。因此，在认知无线电网络的广播过程中，需考虑每个节点的可用信道。
[0007] (2)当某个节点在某条信道上正在传送广播信息时，PU突然占用这个信道，从而 打断该节点广播信息的传送。具体地，在认知无线电网络中，活动对SU有重要影响，PU可 随时中断SU对某条信道的使用，此时SU必须无条件让出该信道，其中，PU(PrimaryUser， 主用户），SU(SecondaryUser，认知用户）。因此，在认知无线电网络的广播过程中，需考虑 如何减少或避免HJ中断造成的损失，从而减少PU对SU的影响。
[0008] 具体地，若能提前预测在下一个时间段内，某条信道是否会被使用，这时SU就 会根据预测的数据合理地选择信道并传送广播信息。现有技术中采用单一的度量方法来衡 量活动，如以某一个假定的值p来衡量PU占用信道概率，以模拟PU对SU的影响，这种 方法与实际的情况有较大出入，不能真正刻画PU的活动。
[0009] 而且，当前应用在认知无线电网络中的广播算法存在以下不足：如在每个节点的 所有可用信道上发送广播信息，会造成较大的信息冗余并增加时延；若在某个节点使用某 个信道进行广播信息传送时，由于没有考虑PU活动对信道的影响，PU要使用这个信道从而 打断该节点的广播信息传送时，将影响信息传播的效率。
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有应用在认知无线电网络中的广播方法并 没有考虑PU活动对信道的影响或者没有对活动进行定量分析而导致的不足，提供一种 基于PU活动的认知无线电网络的广播方法。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于活动的认知无线电网 络的广播方法，包括如下步骤：
[0012] S1 :初始化赋值，使i= 1，Ti=0，Ri=0，A1 =S，B1 =S的邻居节点中没有收 到广播信息的接收节点集；
[0013] S2 :判断Ai是否为0;若Ai=0，整个广播过程结束，返回i为广播所需时间；若 则执行步骤S3 ;
[0014] S3 :判断Bi是否为0:若δ?=0,整个广播过程结束，返回i为广播所需时间；若 Bi关0，则执行步骤S4;
[0015] S4 :遍历Ai中每一发送节点的所有信道，判断能否确定可用信道和广播节点；其 中，可用信道是使PU处于idle状态的概率最大且期望时间最长的信道；广播节点是Ai中 与可用信道相连的发送节点；
[0016] S5 :若确定可用信道和广播节点，则将广播节点添加至Ti中，以发送广播信息，并 将与可用信道相应的接收节点添加至Ri中，以接收广播信息；直至时间段i的广播过程结 束，将Ai-Ti更新为Ai，并将Bi-Ri更新为Bi;更新i+Ι为i;执行步骤S7 ;
[0017] S6 :若不能确定可用信道和广播节点，则时间段i的广播过程结束；更新i+Ι为i; 执行步骤S7 ;
[0018] S7 :判断Ai与Ri的并集是否等于Ai;若Ai与Ri的并集等于Ai，则整个广播过程 结束，返回i-Ι为整个广播过程所需的时间；若Ai与Ri的并集不等于Ai，则将Ai与Ri的 并集更新为Ai，执行步骤S2;
[0019] 其中，i为正整数，表示当前时间段;AI=S表示初始广播节点集;Ai表示在时间 段i-Ι末尾，已经收到广播信息但没有发送广播信息的发送节点集；Bi表示在时间段i-1 的末尾，集合Ai的邻居节点中没有收到广播信息的接收节点集；Ti表示在时间段i，发送广 播信息的发送节点集；Ri表示在时间段i，接收广播信息的接收节点集。
[0020] 优选地，所述步骤S4包括：
[0021] S401 :根据式⑴求得PU在任一信道c处于idle状态的概率:
[0023] S402 :根据式⑵求得PU在任一信道c处于idle状态的期望时间u:
[0025] S403 :遍历所有信道，确定使PU处于idle状态的概率最大且期望时间最长的信道 为可用信道，与可用信道相连的发送节点为广播节点；
[0026] 其中，t为时间段，为信道c中PU处于busy状态的概率密度函数的参数； 为信道c中PU处于idle状态的概率密度函数的参数。
[0027] 优选地，所述步骤S401和S402之前还包括确定^和；的过程，具体包括： 确定信道c中PU处于busy状态的时间和处于idle状态的时间，若PU在busy状 态和idle状态之间转换服从泊松过程，且和7^服从指数分布，则信道c中PU处于 busy状态的概率密度函数为，信道c中PU处于idle状态的概率密
[0028] 优选地，所述步骤S4还包括步骤S410 :判断Ai中确定的广播节点与Ti中的发送 节点是否存在冲突发送广播信息，若存在，则从Ai中确定的广播节点中排除冲突发送的广 播节点发送广播信息；若不存在，则通过Ai中确定的广播节点发送广播信息。
[0029] 优选地，所述判断Ai中确定的广播节点与Ti中的发送节点是否存在冲突发送广 播信息包括：判断Ti中是否存在发送节点与广播节点在同一时间段i中通过可用信道向同 一接收节点发送广播信息。
[0030] 优选地，所述认知无线电网络的每一节点上设有一个收发器，在同一时间段只能 接收所述广播信息或发送所述广播信息；所述认知无线电网络包括信号控制器，用于确定 所述发送节点的可用信道。
[0031] 本发明与现有技术相比具有如下优点：实施本发明，在认知无线电网络广播过程 中，选择PU处于idle状态的概率最大且期望时间最长的信道作为可用信道，将Ai中与可 用信道相连的发送节点确定为广播节点，通过可用信道发送广播信息，可避免信息冗余并 降低时延。并且，该认知无线电网络广播过程中，通过对PU处于idle状态的概率和期望时 间的定量分析，以预测在下一信道中信道是否会被PU使用，使得SU可根据预测结果选择可 用信道发送广播信息，以减少或避免PU中断而导致的信息传输损失，减少PU对SU的影响。
【附图说明】
[0032] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0033] 图1是传统a