一种认知无线电网络中频谱按需分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种认知无线电网络中频谱按需分配方法，包括如下步骤：（1）、用户分类；（2）、认知无线电用户选择；（3）、认知开启用户选择（4）、感知用户选择；（5）、频谱按需分配。装有开关可控智能模块的次级用户可以根据其对频谱资源的实时需求决定是否开启开关可控智能模块。开启开关可控智能模块的次级用户可以在不干扰主用户正常通信的前提下使用授权频谱。其余次级用户均在非授权频段上通信。通过感知用户选择算法在开启开关可控智能模块的次级用户选择部分用户进行频谱认知。本发明专利技术有效的解决了传统无线网络中非授权频段的通信拥挤问题以及传统认知无线电网络中次级用户存在的不必要的设备花费，能量耗损和设备复杂性等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种认知无线电网络中频谱按需分配方法
本专利技术涉及一种认知无线电网络中频谱按需分配方法，属于无线电网络

技术介绍
无线电频谱资源是通过专门的无线电管理机构来分配和管理的。目前频谱分配都是固定的。整个频谱资源被分为两个部分：授权频谱和非授权频谱。大部分频谱资源都被用来作为授权频段，如电视广播频段。而非授权频段的资源要少的多，如近期快速发展的无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)。对于非授权频段上的使用者而言，他们不需要向无线电管理机构申请频谱使用许可证，从而非授权频段的商业价值得以充分的开发。由于近年来非授权频段上的通信设备及应用的增多，非授权频段上的通信已日趋于饱和，而对授权频段的频谱资源的利用率却是非常非常低的。综上所述，频谱资源面临着这样的一个问题，即授权频谱的利用率非常低，与此同时，非授权频谱资源上的通信越来越拥挤。为了解决上述问题，认知无线电技术应运而生。认知无线电技术是解决频谱利用不平衡这一问题的一种很有前景的解决方法。在认知无线电网络中，授权频谱的持有者被叫做主用户，没有分配授权频谱的用户叫做次级用户。主用户具有使用授权频谱的优先权。次级用户不能使用主用户正在使用的授权频谱。若主用户想重新使用正在被次级用户使用的授权频谱时，次级用户必须空出授权频谱。次级用户在授权频谱上进行数据传输时，必须保证不干扰主用户在授权频谱上的正常数据传输。为了认知无线电技术的实施，研究者们已经提出了一些认知无线电网络的体系结构。这些认知无线电网络的体系结构可以分为三大类：认知蜂窝网络，认知adhoc网络，混合网络。在认知蜂窝网络中，次级用户之间的通信是通过单跳传输连接到基站来实现的。这种通信方式限制了系统的容量，并且增加了次级用户的能量消耗。在认知adhoc网络中，没有集中式的基础设施，数据包通常需要经过多个次级用户之间的转发到达其目的节点。以上提到的体系结构中的次级用户都装有认知无线电模块。认知无线电模块可以在很宽的频段上感知到空闲的授权频谱，选择出未被利用的授权频谱，从而可以使得次级用户在不干扰主用户数据传输的前提下，在未被利用的授权频谱上进行数据传输。认知无线电模块的应用需要在硬件设计及信号处理方面做出巨大的努力。因此，必定会给次级用户带来大量的花费，增加了设备的复杂性。同时，由于认知无线电模块具有认知及重构等性能，必然给认知无线电用户带来巨大的能量耗损。目前针对认知无线电网络中的体系结构的相关研究文献如下：1.KaiguiBian等人在2011年的《IEEEINFOCOM》上发表的文章“AsynchronousChannelHoppingforEstablishingRendezvousinCognitiveRadioNetworks”中使用的认知无线电网络的体系结构是一个机会主义的频谱共享网络体系结构。在这一认知无线电网络体系结构中，次级用户都装有认知无线模块，都具有授权频谱的使用权。2.LanjieZhai在2012年的《IEEEGlobecom》上发表的文章“CoalitionGraphGameforJointRelaySelectionandResourceAllocationinCooperativeCognitiveRadioNetworks”中使用的是基于基础设施的单点对多点的OFDMA合作认知无线电网络体系结构。这一认知无线电网络体系结构包括主用户，认知接入点和次级用户。3.BinCao在2013年的《IEEEINFOCOM》上发表的文章“OnOptimalCommunicationStrategiesforCooperativeCognitiveRadioNetworking”中使用的认知无线电网络的体系结构是由一个主网络和一个次级网络组成的。主网络是由主用户和一个主基站组成的。次级网络是由次级用户和次级接入点组成的。4.TengWei等人在2013年的《IEEEICC》上发表的文章“OpportunisticAccessforCooperativeCognitiveRadioNetworkswithRequirementConstraint”中使用的认知无线电网络体系结构是由主用户，次级用户及接入点等组成的。主用户和次级用户通过TDMA的方式与接入点进行通信。5.HaoYue等人在2013年的《IEEEJOURNALONSELECTEDAREASINCOMMUNICATIONS》上发表的文章“SpectrumandEnergyEfficientRelayStationPlacementinCognitiveRadioNetworks”中扩展了其提出的复杂的CCH体系结构。CCH体系结构包含四种类型的实体：一个SSP(次级服务提供者)，BSs(基站)，RSs(中继站)以及次级用户。SSP是一个独立的无线服务提供者，它拥有自己的频谱。基站之间是通过高速的电缆连接的，次级用户可以与基站进行通信，以便进一步与因特网或其他数据网络进行连接。为了便于次级用户接入，SSP部署了很多的RSs。BSs和RSs都装有认知无线电模块。次级用户是可以使用任何接入技术的设备接入BS或RS。BSs和RSs拥有认知功能，可以使用授权频谱进行彼此之间的通信。次级用户没有认知功能，它们不能够利用授权频谱。BSs和RSs收集可利用的频谱信息和次级用户的服务需求，然后将收集到的信息传递给SSP。SSP收集可利用的频谱信息并且将最佳的可利用频谱分配给BSs和RSs。与此同时，SSP引导次级用户接入到它们附近的router(BSs或RSs)。CCH将次级用户设备的复杂性转换成系统设计的复杂性。CCH旨在减小次级用户的复杂性及能量损耗。然而，次级用户自身不能够使用授权频谱，并且CCH给认知无线电网络带来了很多额外的基础设施。在总结这些研究的基础上，可以看出当前认知无线电网络体系结构的设计中存在以下主要问题：1.很多文章中使用的认知无线电网络的体系结构都包括基础设施。基础设施的部署及维护会给认知无线电网络带来巨大的花费。2.大部分文章都认为认知无线电网络中所有的次级用户都装有认知无线电模块。然而，认知无线电网络中的次级用户安装认知无线电模块，必然会给次级用户带来很大的设备花费，并且很大程度上增加了设备的复杂性。从次级用户对频谱的需求方面考虑，并不是所有次级用户都有意愿去安装认知无线电模块。3.大部分文章都认为认知无线电网络中所有的次级用户都进行频谱感知。然而，次级用户进行频谱感知必然会消耗大量的能量。因此，若次级用户自身没有数据需要传输，没有对授权频谱使用的需求，为了节约能量，次级用户没有必要实施认知功能。
技术实现思路
技术问题：本专利技术设计出一种基于次级用户频谱需求的认知无线电网络体系结构，该结构中的次级用户可以根据其自身对频谱资源的需求、自身花费及能量方面的权衡，决定是否安装开关可控智能模块。安装开关可控智能模块的次级用户可以实时的根据其自身对频谱资源的需求决定是否开启开关可控智能模，最终实现部分次级用户使用授权频段进行数据传输，部分次级用户使用非授权频段进行数据传输的通信方式。通过感知选择算法在开启开关可控智能模的次级用户中选择部分满足一定条件的次级用户进行认知功能，最终实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知无线电网络中频谱按需分配方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、网络体系结构中用户分类分为主用户和次级用户，所述次级用户分为认知无线电用户和非认知无线电用户，所述认知无线电用户装有开关可控智能模块，开关可控智能模块包括认知功能模块和重构功能模块，所述非认知无线电用户使用非授权频段进行数据传输，不需要执行认知无线电特有的功能；(2)、认知无线电用户选择次级用户计算其自身参数值，决定是否安装开关可控智能模块；次级用户根据是否安装开关可控智能模块分为认知无线电用户和非认知无线电用户；(3)、认知开启用户选择开关可控智能模块计算认知无线电用户的参数值，认知无线电用户根据开关可控智能模块的开关状态分为认知开启用户和认知关闭用户；(4)、感知用户选择认知开启用户通过感知用户选择阶段分为感知用户和非感知用户，若认知开启用户在感知用户选择阶段被选为感知用户，则开启其开关可控智能模块的认知功能模块和重构功能模块；若认知开启用户在感知用户选择阶段没有被选为感知用户，而是非感知用户，则开启其开关可控智能模块的重构功能模块，关闭开关可控智能模块的认知功能模块；(5)、频谱按需分配主用户全部使用授权频谱进行通信，认知开启用户可以在特定的环境下使用授权频谱，认知开启用户只可以使用未被主用户占用的授权频谱，并且，当主用户想使用正在被认知开启用户使用的授权频谱时，认知开启用户必须及时空出正在使用的授权频谱，以便不干扰主用户的正常传输，认知开启用户在授权频谱上的传输必须保证不干扰主用户在授权频谱上的正常数据传输，认知关闭用户和非认知无线电用户不能够使用授权频谱进行数据传输，只能使用非授权频段进行通信。...

【技术特征摘要】
1.一种认知无线电网络中频谱按需分配方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、网络体系结构中用户分类分为主用户和次级用户，所述次级用户分为认知无线电用户和非认知无线电用户，所述认知无线电用户装有开关可控智能模块，开关可控智能模块包括认知功能模块和重构功能模块，所述非认知无线电用户使用非授权频段进行数据传输，不需要执行认知无线电特有的功能；(2)、认知无线电用户选择次级用户计算其自身参数值，决定是否安装开关可控智能模块；次级用户根据是否安装开关可控智能模块分为认知无线电用户和非认知无线电用户；(3)、认知开启用户选择开关可控智能模块计算认知无线电用户的参数值，认知无线电用户根据开关可控智能模块的开关状态分为认知开启用户和认知关闭用户；(4)、感知用户选择认知开启用户通过感知用户选择阶段分为感知用户和非感知用户，若认知开启用户在感知用户选择阶段被选为感知用户，则开启其开关可控智能模块的认知功能模块和重构功能模块；若认知开启用户在感知用户选择阶段没有被选为感知用户，而是非感知用户，则开启其开关可控智能模块的重构功能模块，关闭开关可控智能模块的认知功能模块；(5)、频谱按需分配主用户全部使用授权频谱进行通信，认知开启用户可以在特定的环境下使用授权频谱，认知开启用户只可以使用未被主用户占用的授权频谱，并且，当主用户想使用正在被认知开启用户使用的授权频谱时，认知开启用户必须及时空出正在使用的授权频谱，以便不干扰主用户的正常传输，认知开启用户在授权频谱上的传输必须保证不干扰主用...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩光洁，李傲寒，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32