一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法技术

本发明专利技术提出了一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，针对在授权网络先验知识未知及非完美感知的情况进行网络选择方案设计，首先提出了冲突受限的在线网络选择方案，通过限制PU和SU之间的碰撞概率，减少SU用户通信对PU用户正常传输的干扰。冲突受限的网络选择方案能够有效的控制授权网络的碰撞概率在上限范围内，但是由于碰撞概率更新机制的局限性，会使CRN忽略授权网络中的空闲信道，造成接入机会的浪费。为了进一步提高CRN的吞吐量，本发明专利技术又提出了贪婪的在线网络选择方案和基于最小碰撞概率的在线网络选择方案。仿真结果表明，两种方案都能提升CRN系统的吞吐量，最小碰撞概率的在线网络选择方案更优，同时取得了更低的掉话率。

【技术实现步骤摘要】
一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法
本专利技术涉及认知无线电
，尤其涉及一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法。
技术介绍
随着无线通信业务的需求的快速增长，频谱资源日益紧缺。而传统的无线通信系统采用的是静态频谱分配政策，即授权用户对其频谱具有独占性，其他用户不允许使用。虽然这种频谱分配方式有利于保证系统的服务质量，但由于通信业务在时间、空间及频率上的不均衡性，频谱资源并没有得到充分利用。可用频谱资源稀缺及频谱利用率低等问题使得一种全新的、优化使用频谱资源的无线通信模式变得十分必要。认知无线电(CRN，cognitiveradionetwork)作为一种新型的频谱共享技术应运而生。在认知无线电网络中，次级用户(SU，secondaryuser)在不干扰授权网络(LN，licensednetwork)中的主用户(PU，primaryuser)传输的前提下，通过频谱感知技术实时监测LN中信道的状态，机会式的接入发现的空闲信道，并在PU再次出现时，及时退出该信道，避免对PU用户产生干扰。PU用户具有抢占式优先级，可以抢占SU占用的信道。然而，PU的抢占式优先级和空闲信道的空时变化特性导致CRN的特性很不稳定。随着网络融合技术的发展以及异构网络的普及，CRN与多个授权网络交互成为可能，给SU提供了更多的频谱接入机会和网络选择。。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法。为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，所述方法包括冲突受限的在线网络选择方案，CRN为到来的SU选择优先级最高的授权网络进行接入，首先，根据下式计算授权网络LNm的优先级：其中，Pc，m是授权网络LNm的碰撞概率，Nm是授权网络LNm的共享信道总数，Nidle，m授权网络LNm的空闲信道数，是授权网络LNm的碰撞概率上限；针对空闲信道数为0和碰撞概率大于上限的授权网络优先级设置为-∞。优先级不为-∞的授权网络作为候选接入网络，如果候选网络为0，那么SU阻塞；否则，CRN选择优先级最高的网络进行接入。另一方面，本专利技术还提出一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，所述方法包括贪婪的在线网络选择方案；对于碰撞概率大于上限的授权网络，只要满足两个条件，依然是合适的候选接入网络：条件1、授权网络具有至少2个空闲信道；条件2、不大于0＜η＜1，Pc，m是授权网络LNm的碰撞概率，是授权网络LNm的碰撞概率上限；贪婪的在线选择方案在碰撞概率大于上限时，对于满足条件的候选授权网络，选择空闲信道数最多的进行接入。另一方面，本专利技术还提出一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，所述方法包括基于最小碰撞概率的在线网络选择方案；对于碰撞概率大于上限的授权网络，只要满足两个条件，依然是合适的候选接入网络：条件1、授权网络具有至少2个空闲信道；条件2、不大于0＜η＜1，Pc，m是授权网络LNm的碰撞概率，是授权网络LNm的碰撞概率上限；在候选接入网络中选择其中碰撞概率最小的授权网络进行接入。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，针对在授权网络先验知识未知及非完美感知的情况进行网络选择方案设计，首先提出了冲突受限的在线网络选择方案，通过限制PU和SU之间的碰撞概率，减少SU用户通信对PU用户正常传输的干扰。冲突受限的网络选择方案能够有效的控制授权网络的碰撞概率在上限范围内，但是由于碰撞概率更新机制的局限性，会使CRN忽略授权网络中的空闲信道，造成接入机会的浪费。为了进一步提高CRN的吞吐量，本专利技术又提出了贪婪的在线网络选择方案和基于最小碰撞概率的在线网络选择方案。仿真结果表明，两种方案都能提升CRN系统的吞吐量，最小碰撞概率的在线网络选择方案更优，同时取得了更低的掉话率。。附图说明图1是多授权认知无线电网络拓扑结构图；图2是多授权认知无线电网络工作流程图；图3是频谱感知过程的示意图；图4是本专利技术的多授权认知无线电网络的网络选择模型示意图；图5是离散事件调度仿真流程图；图6是SU用户到达时的情况示意图；图7是PU用户到达时的情况示意图；图8(a)是授权网络1的碰撞概率仿真结果图；图8(b)是授权网络2的碰撞概率仿真结果图；图8(c)是授权网络3的碰撞概率仿真结果图；图9是SU的阻塞率仿真结果图；图10是SU的掉话率仿真结果图；图11是SU的吞吐量仿真结果图。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。本专利技术将CRN与多个授权网络交互的网络定义为多授权认知无线网络。多授权认知无线电网络的工作过程包括频谱感知和动态频谱接入。为了减少虚警事件和漏检事件，本专利技术使用合作频谱感知技术，充分利用认知用户的分集效应，增大感知精度；动态频谱接入阶段，考虑到多授权网络的网络分集效应，SU用户到来首先进行网络选择，之后接入有空闲信道的授权网络中，这样可以有效增大CRN的吞吐量和SU用户服务的稳定性。本专利技术主要在前人研究的基础上，在非完美感知和授权网络先验消息未知的情况下，对多授权认知无线电网络的在线网络选择方案进行研究。本专利技术的多授权认知无线电网络的拓扑结构如图1所示。在一个有限的地理范围内，分布着一些授权网络，用集合M＝{1，2，...，M}来表示，授权网络LNm共享正交信道数为Nm。每个信道在同一个时刻只服务一个用户，并且为了简化分析，假设同一个授权网络中的共享信道具有同一性。每一个信道存在三种状态：被PU占用、被SU占用或者空闲。CRN由SU和融合中心(FC，fusioncenter)组成。FC的作用是对SU进行调度管控。由于SU的所有行为均是通过FC进行管理调度，FC对SU的分布是已知的。CRN中的SUs分为两部分，正在传输的SUs和在CRN中的SUs。CRN中的SUs被CRN调度去完成感知任务，而正在传输的SUs则无需感知，只需要在传输过程中不断的检测目前所在信道的PU信号是否到来，在PU信号未出现时继续通信，而PU信道到来时根据具体的动态频谱接入策略执行相应退出和切换行为。多授权认知无线电网络的主要结构如图2所示。可以分为两部分，频谱感知和网络选择。首先FC根据当前网络状态，采取一定的合作感知调度方案，分配SUs感知对应的授权网络，接着SU用户进行单点感知，由FC根据一定的融合准则进行感知结果融合，判定PRN中信道的最终状态；网络选择部分，SU用户到来申请接入时，通过感知结果对系统信道空闲状态进行评估，进而选择最佳的PRN接入空闲信道。频谱感知技术是实现CRN的第一步，其结果的准确度将直接关系到网络选择和最终CRN的性能。频谱感知的目的即通过某种感知手段来检测授权网络中信道的状态，发现空闲信道。频谱感知问题是一个二元假设检验问题。频谱感知过程如图3所示。频谱感知存在两种错误，一种是漏检错误：PU占用的信道被检测为空闲信道；另一种是虚警错误：空闲信道被检测为PU占用的信道。由于独自频谱感知容易受到衰落、阴影以及噪声估计不准确的影响，得到的感知性能较差。合作频谱感知则充分利用SU用户的分集效应，同时降低对每个SU感知能力的要求，能够获得较好的感知性能。因此，本专利技术采用合作频谱感知方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，其特征在于：所述方法包括冲突受限的在线网络选择方案，CRN为到来的SU选择优先级最高的授权网络进行接入，首先，根据下式计算授权网络LNm的优先级：

【技术特征摘要】
1.一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，其特征在于：所述方法包括冲突受限的在线网络选择方案，CRN为到来的SU选择优先级最高的授权网络进行接入，首先，根据下式计算授权网络LNm的优先级：其中，Pc，m是授权网络ＬNm的碰撞概率，Nm是授权网络LNm的共享信道总数，Nidle，m授权网络LNm的空闲信道数，是授权网络LNm的碰撞概率上限；针对空闲信道数为0和碰撞概率大于上限的授权网络优先级设置为-∞；优先级不为-∞的授权网络作为候选接入网络，如果候选网络为0，那么SU阻塞；否则，CRN从候选网络中选择优先级最高的网络进行接入。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于碰撞概率大于上限的授权网络，只要满足两个条件，依然是合适的候选接入网络：条件1、授权网络具有至少2个空闲信道；条件2、不大于0＜η＜1，Pc，m是授权网络LNm的碰撞概率，是授权网络LNm的碰撞概率上限。3.一种多授权认知无线电网络的在线网络选择方法，其特征在于：所述方法包括贪婪的在线网络选择方案；对于碰撞概率大于上限的授权网络，只要满足两个条件，依然是合适的候选接入网络：条件1、授权网络具有至少2个空闲信道；条件2、不大于0＜...

【专利技术属性】
技术研发人员：王野，侯庆辉，于佳，张钦宇，徐慧芳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44