一种业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法技术

本发明专利技术公开了一种业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法，包括：获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；计算用户的期望吞吐量；用户根据本地合作机制，确定自身信道选择决策效用函数，根据学习算法更新自身的信道选择决策；用户基于自身更新后的信道选择决策进行信道选择，接入信道并进行数据传输。本发明专利技术面向用户业务数据的接入优化，实现了5G及未来无线网络接入技术的个性化服务。采用基于分布式用户业务数据异构特征而进行分布式学习的系统优化方法，在信道接入方法中引入适当的本地合作机制，提出了一个业务驱动的本地合作分布式学习算法，以本地信息交互的较小代价渐进收敛到全局最优状态，实现了网络系统吞吐量最优化。

A service driven local cooperative distributed spectrum access method

【技术实现步骤摘要】
一种业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法
本专利技术涉及通信网络中的无线接入网络领域，具体涉及一种业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法。
技术介绍
为解决5G网络面临的严重的频谱资源紧张问题，能有效提高频谱利用率的基于认知无线电的机会频谱接入技术有着重要地位。在微蜂窝网络研究中采用认知无线电技术，被称为认知微蜂窝网络(CognitiveSmallCell，CSC)。认知微蜂窝具备认知无线电的检测无线电环境，发现可用空闲频谱信道资源，并动态调整接入参数的能力。认知微蜂窝通过使用机会频谱接入技术，按环境条件动态接入更好的频谱，为其终端提供业务传输服务。认知微蜂窝网络技术能打破当前系统固定的频谱分配模式，允许动态的跨系统频谱共享，充分利用空闲的频谱资源，提高频谱使用效率，被认为是能综合发挥机会接入和微蜂窝技术优势的提高网络容量的有效途径。自组织特性是5G微蜂窝网络的一个重要特点。在研究的5G系统中，微蜂窝包括多种异构形式，使用不同的技术和不同的频谱资源。一般来说，布设成本较低，不仅可由运营商统一部署，也可由家庭或企业按需动态部署，大规模的微蜂窝不再都受运营商宏蜂窝的统一管理和调配，呈现很强的自组织特性。此外，即便是运营商统一部署的微蜂窝系统，由于密集度高、规模大、按需工作与休眠、覆盖范围按需调整等增强空分复用、提高能效等技术措施的实施，网络结构的随机性和动态性增强，传统的集中式控制方法面临极大挑战，自组织的优化管理模式得到空前重视。5G网络更会催生很多全新的业务，如虚拟现实和现实增强，用户业务需求、数据流量、对接入技术的评判标准等等各个方面都会呈现全新的特点。展开面向用户业务数据的接入技术研究，将是5G微蜂窝网络接入技术实现个性化服务的重要内容之一。为便于表达，本专利技术中认知微蜂窝作为频谱信道的使用者，在系统中也称之为用户。对于多用户分布式系统机会频谱接入优化问题，由于自组织认知微蜂窝的部署特性，任意一个微蜂窝的信号作用范围是有限的，一般仅影响本蜂窝信号覆盖范围之内的其他蜂窝。因此，基于本地影响的分布式信道接入的冲突控制成为了本
中的一个问题。并且，由于现有技术中忽视了用户的实际业务接入需求，假设接入系统的用户都有无限的数据需要发送，掩盖了实际通信系统中信道接入是为了完成用户业务数据这一根本目的，实际上是把用户业务的吞吐量转化为了接入信道容量。而实际上，用户的业务数据是来源于应用的，是有限的。按照无限用户数据假设进行的系统优化，并不能实现真正有限用户数据的系统最优化。综上所述，如何使系统能以分布式自主决策的方式达到全局最优状态，从而实现面向用户业务数据的网络系统吞吐量最优化成为了本领域技术人员急需解决的问题
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术实际需要解决的问题是：如何使系统能以分布式自主决策的方式达到全局最优状态从而实现网络系统吞吐量最优化。本专利技术采用了如下的技术方案：一种业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法，包括如下步骤：S1、获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；S2、计算用户的期望吞吐量；S3、用户根据本地合作机制，确定自身信道选择决策效用函数，根据学习算法更新自身的信道选择决策；S4、用户基于自身更新后的信道选择决策进行信道选择，接入信道并进行数据传输。优选地，步骤S1中：所述目标系统包括N个信道及M个用户；第m个用户为CSCm，CSCm的每个周期时隙为Tm，Tm包括信道选择和检测阶段τs,m、本地信息交互阶段和学习阶段τl,m以及业务数据传输阶段Tm-τs,m-τl,m；nm为CSCm选择接入的信道，nm的容量为Cnm，CSCm的传输业务数据量为Lm，如果CSCm在nm上成功传输数据，则实际数据传输所需要的时间为SCH＝{1,2,...,N}为机会频谱信道集合，S＝{1,2,...,m,...,M}为用户集合，C＝[C1,C2,...,CN]为信道集合，为信道空闲概率向量，为各信道状态检测在预设标准检测概率下虚警概率向量，L＝[L1,L2,...,LM]为各个用户的业务数据向量，Di,j为用户i和用户j之间的相邻关系，Di,j＝1时，用户i和用户j非相邻，Di,j＝0时用户i和用户j相邻，Nm＝{i∈S:Di,m＝0}为CSCm的邻居集合，为CSCm的邻居中与CSCm选择相同信道的用户集合，为中的用户个数。优选地，步骤S2包括：S201、计算信道检测的虚警概率:式中，表示预设标准检测概率，表示预设标准检测概率为时的第n个信道的虚警概率，γ表示信噪比，fs表示检测采样频率，Q表示标准正太分布的右尾函数，τ表示信号采样时间，fs表示信号采样频率；S202、计算成功传输数据的概率：为CSCm在信道nm上成功传输数据的概率，ε为用户在检测到信道空闲情况下进行数据发送的概率；S203、计算用户吞吐量：用户CSCm的业务队列Lm，在信道nm上的期望吞吐量为Rm，优选地，步骤S3包括：S301、随机生成初始信道选择决策：设置学习步数t＝0,对任一用户CSCm，计算选择可选的各个信道选择决策可能获得的期望吞吐量按以下混合信道选择决策概率分布随机选择一个候选信道选择决策：式中，am表示CSCm的决策，Am表示CSCm的决策空间，Pr(am＝(nm，ε))表示CSCm选择信道nm的概率；S302、用户通过信息交互获取信道选择决策需要的数据，所述数据包括用户的业务数据量、候选决策集、信道空闲概率和信道容量；S303、用户按自身的候选信道选择决策检测相应信道，并在检测结果为空闲时按时隙Aloha方式接入，计算自身的期望吞吐量作为回报值；S304、在时隙模型的τl阶段，相邻用户之间进行信息交互和候选信道选择决策学习，信息交互的内容包括自身的候选信道选择决策和回报值；S305、从邻居用户中选择一个候选信道选择决策更新节点，根据信息交互得来的信息，计算各种可能的候选信道选择决策所能获得的期望回报，然后根据以下混合信道选择决策概率分布来随机信道选择一个候选信道选择决策：式中，β表示学习参数，β＞0，a'm表示CSCm在决策策略空间中除了am以外的其他决策，其他与CSCm相邻的用户保持上一时隙的候选信道选择决策不变：ai(t+1)＝ai(t)；S306、如果用户的候选信道选择决策没有达到连续预设个数的步数内保持不变，则回到步骤S302。优选地，步骤S4包括：用户基于自身更新后的信道选择决策进行信道选择，对选择的信道进行状态检测，若所述信道空闲，则使用所述信道发送数据，若所述信道非空闲，则不发送数据。综上所述，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：5G网络更会催生很多全新的业务，如虚拟现实和现实增强，用户业务需求、数据流量、对接入技术的评判标准等等各个方面都会呈现全新的特点。展开面向用户业务数据的接入技术研究，将是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；/nS2、计算用户的期望吞吐量；/nS3、用户根据本地合作机制，确定自身信道选择决策效用函数，根据学习算法更新自身的信道选择决策；/nS4、用户基于自身更新后的信道选择决策进行信道选择，接入信道并进行数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取目标系统并对目标系统进行初始化定义；
S2、计算用户的期望吞吐量；
S3、用户根据本地合作机制，确定自身信道选择决策效用函数，根据学习算法更新自身的信道选择决策；
S4、用户基于自身更新后的信道选择决策进行信道选择，接入信道并进行数据传输。


2.如权利要求1所述的业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法，其特征在于，步骤S1中：
所述目标系统包括N个信道及M个用户；
第m个用户为CSCm，CSCm的每个周期时隙为Tm，Tm包括信道选择和检测阶段τs,m、本地信息交互阶段和学习阶段τl,m以及业务数据传输阶段Tm-τs,m-τl,m；
nm为CSCm选择接入的信道，nm的容量为CSCm的传输业务数据量为Lm，如果CSCm在nm上成功传输数据，则实际数据传输所需要的时间为
SCH＝{1,2,...,N}为机会频谱信道集合，S＝{1,2,...,m,...,M}为用户集合，C＝[C1,C2,...,CN]为信道集合，为信道空闲概率向量，为各信道状态检测在预设标准检测概率下虚警概率向量，L＝[L1,L2,...,LM]为各个用户的业务数据向量，Di,j为用户i和用户j之间的相邻关系，Di,j＝1时，用户i和用户j非相邻，Di,j＝0时用户i和用户j相邻，Nm＝{i∈S:Di,m＝0}为CSCm的邻居集合，为CSCm的邻居中与CSCm选择相同信道的用户集合，为中的用户个数。


3.如权利要求2所述的业务驱动的本地合作分布式频谱接入方法，其特征在于，步骤S2包括：
S201、计算信道检测的虚警概率:



式中，表示预设标准检测概率，表示预设标准检测概率为时的第n个信道的虚警概率，γ表示信噪比，fs表示检测采样频率，Q表示标准正太分布的右尾函数，τ表示信号采样时间，fs表示信号采样频率；
S202、计算成功传输数据的概率：

为CSCm在信道nm上成功传输数据的概率，ε为用户在检测到信道空闲情况下进...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚昌华，刘鑫，徐煜华，党随虎，王磊，张玉韬，张晓博，
申请(专利权)人：长江师范学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50