一种具有网络认知能力的动态频谱接入方法

摘要

一种具有网络认知能力的动态频谱接入方法，属于无线通信技术领域。本发明包括如下步骤：步骤一：信道分配，可用频谱被分割成一系列频带，这些频带在带宽和发送范围上各不相同，这些频带即为信道；每个信道都完全正交，从用户同时可以使用多条信道；当几个用户在一定范围内同时使用同一个信道，就会造成冲突和干扰；所有的用户的位置都是固定不变的；步骤二：信道接入，在认知无线电网络中，从用户充分利用主用户未使用的信道，即从用户要机会的利用分配给主用户的信道的空闲时隙；利用二状态的马尔科夫模型，使用信道的主用户不考虑从用户的存在；步骤三：信道切换。

主权项

一种具有网络认知能力的动态频谱接入方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：信道分配，可用频谱被分割成一系列频带，这些频带在带宽和发送范围上各不相同，这些频带即为信道；每个信道都完全正交，从用户同时能够使用多条信道；当几个用户同时使用同一个信道，就会造成冲突和干扰；所有的用户的位置都是固定不变的，通过网络级的基于图论着色理论的信道分配方法完成多用户多信道的分配，具体包括如下步骤：步骤A：将整个认知无线电网络抽象成一个模型图G=(S,EI,VU)，信道分配过程用图论着色模型建模；S为顶点，表示从用户个数，共有N个；EI表示两个顶点间的边，即代表干扰关系，当in,k,m=1，从用户n和从用户k使用信道m会互相干扰，这就意味着从用户n和从用户k之间存在着一条m色的边，不同颜色代表不同信道；VU表示从用户n能够使用的信道和每个信道的效用值；步骤B：计算主用户和从用户之间的距离，根据距离大小，分配给从用户可用信道，形成可用信道矩阵V；步骤C：根据主从用户间的距离产生效用矩阵；步骤D：计算两个从用户之间的距离，根据距离的大小判断是否存在干扰关系，结合可用信道矩阵V产生干扰矩阵I；当两从用户距离小于门限值，使用同一信道就会对双方造成干扰；步骤E：根据不同规则进行信道分配：令A=un,m/(Dn,m+1)，B=an,m×un,m，CMSB规则，在考虑对邻居节点干扰下的最大信道效用准则： cmsb _ label n = max m ∈ v n A , - - - ( 1 ) cmsb_colorn=arg cmsb_labelnNMSB准则，不考虑对邻居节点干扰下的最大信道效用准则： nmsb _ label n = max m ∈ v n u n , m - - - ( 2 ) nmsb_colorn=arg nmsb_labelnCMMB准则，考虑邻居节点，平均分配信道的情况下提高最小信道效用准则： cmmb _ label n = - max m ∈ v n B (3) cmmb _ color n = - arg cmmb _ label n * A B CMPF准则，协作最大化信道分配公平性准则： cmpf _ label n = max m ∈ v n A Σ m = 0 m = M - 1 B - - - ( 4 ) cmpf _ color n = arg ( cmpf _ label n * Σ m = 0 m = M - 1 B ) NMPF准则，非协作最大化信道分配公平性准则： nmpf _ label n = max m ∈ v n u n , m Σ m = 0 m = M - 1 B - - - ( 5 ) nmpf _ color n = arg ( nmpf _ label n * Σ m = 0 m = M - 1 B ) 步骤F：根据所选准则进行节点标记和信道分配后，删除标记节点，将该节点的邻居节点的可用信道矩阵和信道效用矩阵更新，更新网络拓扑；步骤G：判断邻居节点可用信道矩阵是否为空，若为空则判断算法结束，否则，转去执行步骤E；其中，U={un,m}N×M，表示从用户n在成功使用信道m时所获的奖励；Dn,m表示从用户n的邻居节点使用信道m的个数；A={an,m|an,m∈(0,1)}N×M，当an,m=1表示信道m分配给了从用户n，A表示分配矩阵；cmsb_labeln表示在CMSB准则下的用户标记；cmsb_colorn表示在CMSB准则下的标记的颜色，即分配的信道；nmsb_labeln表示在NMSB准则下的用户标记；nmsb_colorn表示在NMSB准则下的标记的颜色，即分配的信道；cmmb_labeln表示在CMMB准则下的用户标记；cmmb_colorn表示在CMMB准则下的标记的颜色，即分配的信道；cmpf_labeln表示在CMPF准则下的用户标记；cmpf_colorn表示在CMPF准则下的标记的颜色，即分配的信道；nmpf_labeln表示在NMPF准则下的用户标记；nmpf_colorn表示在NMPF准则下的标记的颜色，即分配的信道；步骤二：信道接入，在认知无线电网络中，从用户充分利用主用户未使用的信道，即从用户要机会的利用分配给主用户的信道的空闲时隙；利用二状态的马尔科夫模型，使用信道的主用户不考虑从用户的存在，并且从用户能够利用主用户的空闲时隙完成通信；步骤三：信道切换；通过信道分配和信道接入模块，从用户能够分配到适合使用的信道和时隙，通过时隙空闲概率门限值和碰撞概率门限值的限制，使从用户能够在不同的信道和时隙进行切换；步骤四：判断从用户数据是否发送完毕，若是，则执行步骤六；否则，转去执行步骤五；步骤五：判断从用户是否有可用信道，若是，则转去执行步骤二；否则，执行步骤六；步骤六：结束。