认知无线网络中机会频谱资源的多用户分布式接入方法

摘要

本发明提供一种认知无线网络中机会频谱资源的多用户分布式接入方法，包括步骤：每个频谱检测单元各自选择一个主用户信道并扫描其使用情况，并将生成的信道检测信息广播给在此区域的次级用户；每个次级用户根据自身的效用函数选择合适的信道进行接入；各频谱检测单元统计接入的次级用户数量并广播用户接入数量；对超过该信道上限数量限制的次级用户进行剔除；重复上述过程直至均衡状态，随后在信道内部进行时隙资源分配；次级用户SU_i根据时隙的统计特征确定时隙选择的策略，并使用该时隙进行数据传输。本方法适用于具有多个频谱拥有者的认知无线网络环境中，分布式执行，复杂度低；节省信令开销。各频谱检测单元仅需协调各信道上的次级用户数量。

主权项

一种认知无线网络中机会频谱资源的多用户分布式接入方法，其特征在于，针对N个需要选择接入信道、并申请使用该信道的一个时隙的次级用户SU_i，1≤i≤N，设置M个频谱检测单元AP_i，1≤i≤M，其中M≧2，具体地，包括如下步骤：步骤一：各频谱检测单元AP_i，1≤i≤M选择主用户的一个信道进行感知，并向所有次级用户SU_i，1≤i≤N广播检测信息；步骤二：次级用户SU_i解码各频谱检测单元AP_i的广播信息，根据自身的效用函数对信道做出选择后，将选择结果传输给相应的频谱检测单元；步骤三：各频谱检测单元AP_i统计接入的次级用户数量，然后将接入用户的数量广播给所有次级用户SU_i；步骤四：为保证对主用户的干扰不超过限定值，各频谱检测单元AP_i将超过上限数量的次级用户从系统中剔除；步骤五：重复步骤二、三、四至次级用户的选择达到均衡状态；步骤六：次级用户SU_i根据时隙的统计特征确定时隙选择的策略，并开始传输；所述步骤一中频谱检测单元AP_i，1≤i≤M对信道的感知内容为信道中每个时隙的占用情况，并根据占用情况生成对该信道的检测信息；所述信道的检测信息包括分布函数类型空闲时段的开始时刻t_i和当前接入次级用户数量N_i，N_i初始化为0；所述信道c_i中空闲时隙的分布类型根据信道使用情况$S_i^T=[s_1,s_2,...,s_T]$的统计特性决定；所述步骤二中解码各频谱检测单元AP_i的广播信息包括空闲时段的开始时刻t_i、信道c_i中空闲时间中各时隙的空闲概率以及选择信道c_i的次级用户的数量N_i；所述根据自身的效用函数对信道做出选择的方法为次级用户SU_i根据信道c_i的时隙空闲概率以及选择信道c_i的次级用户的数量N_i，计算得到选择频谱检测单元AP_i获得的收益U_i，即：$U_i=\frac{{\Sigma }_{k=1}^{N_i}{z}_i^k}{N_i}$      式一次级用户SU_i选择能够带来最大收益的频谱检测单元AP_i，即：U_i(Z_i，N_i+1)≥U_j(Z_j，N_j)，j∈[1，M]，i≠j     式二；所述步骤三中谱检测单元需要重新统计并广播给所有次级用户是发生在每一轮所有次级用户都做出选择一次之后；所述步骤四的上限数量是指选择信道c_i的实际用户数量N_i大于其可以实际容纳的数量其中：$N_i^{*}=\min (N_i^1,N_i^2)$       式三只有当用户数量N_i小于一定数值时，次级用户之间对时隙选择的博弈才存在纳什均衡，其中为满足下式的最小正整数：$\underset{k=1}{\overset{N_i^1}{\Sigma }}{(1/z_i^k)}^{\frac{1}{N_i^1-1}}\ge (N_i^1-1){(1/z_i^{N_i^1})}^{\frac{1}{N_i^1-1}}$       式四为了使次级用户对主用户的干扰水平控制在一定的限度之内，必须对次级用户的接入数量N_i进行控制，以满足其中为满足下式的最小正整数：$\underset{k=1}{\overset{N_i^2}{\Sigma }}(1-{(N_i^2-1)}^{N_i^2}{\left(\frac{\sqrt[N_i^2-1]{1/z_i^k}}{{\Sigma }_{l=1}^{N_i^2}\sqrt[N_i^2-1]{1/z_i^l}}\right)}^{N_i^2})·p(n_i=k)\le {\eta }_i·E\left[b_i\right]$式五其中η_i为由主用户自定义的参数，表示碰撞概率的上界；E[b_i]表示信道c_i处于使用状态的时隙长度；p(n_i＝k)表示总时隙长度为k的概率。