認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法
2023-07-10 09:25:21
認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法
【專利摘要】認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法，涉及通信系統中認知無線電技術中信道分配技術。它是為了解決傳統信道靜態頻譜分配方法沒有考慮認知用戶的移動特性導致有效信道利用率低和系統公平性性差的問題。本方法首先設置可用信道概率門限α和幹擾邊概率門限β，根據移動認知用戶間的幹擾關係預測各個子圖，並根據移動認知用戶與授權用戶的幹擾關係預測子圖中每個認知用戶的可用信道列表，從而得到整個網絡的預測拓撲圖以及每個認知用戶的預測可用信道列表。然後從公平性角度出發，逐個對每個預測子圖進行信道分配。每個子圖的分配是先求解極大獨立集，而後統一對子圖內的節點進行信道分配。本發明適用於認知無線電網絡中的信道分配。
【專利說明】認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信系統中認知無線電技術中信道分配技術。
【背景技術】
[0002]認知無線電被認為是未來4G無線網絡或者自組織網絡的可行智能技術。認知用戶可以機會的接入到授權信道但是不能對相應的授權信道造成幹擾。這就需要一種有效的最優的數據鏈路層調度方案，以快速的進行周期性的動態信道分配。因此，信道分配作為其技術實現的一個關鍵環節，有著十分重要的研究意義。
[0003]迄今為止，基於圖論、博弈論和幹擾溫度等模型都已被用來解決認知無線電網絡中的頻譜分配問題，取得了一定的成果。但是，基於這些模型的信道分配方案中很少考慮認知用戶的移動特性。換句話說，現有的認知無線電信道分配方案大多是基於「網絡快照模式」的靜態信道分配方案，沒有對認知用戶的移動特性進行深入地研究，這不僅不符合認知無線電實現動態頻譜接入的初衷，更不符合實際的移動認知網絡的背景要求。
【發明內容】
[0004]本發明是為了解決傳統信道靜態頻譜分配方法沒有考慮認知用戶的移動特性導致有效信道利用率低和系統公平性性差的問題，從而提供一種認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法。
[0005]認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法，它由以下步驟實現:
[0006]步驟一、初始化；
[0007]在認知無線電網絡中，隨機產生N個認知用戶的位置和速度矢量f ;
[0008]每個認知用戶i預測一個連續時間段Tp，在時間段Tp內當前的可用信道對於認知用戶i而言是持續可用的；
[0009]每個認知用戶i計算其本身與其他認知用戶i'間出現幹擾的時間為T/ ；
[0010]隨機產生M個授權用戶的固定地理位置，其位置服從均勻分布；
[0011]每個授權用戶有一個專用的授權信道與之對應，即:每個授權用戶使用一個相應的授權信道；
[0012]授權用戶的初始工作狀態隨機產生，即:工作或者空閒狀態；
[0013]設定可用信道概率門限α和幹擾邊概率門限β ;其中，0〈α，β〈I ；
[0014]認知系統周期的進行信道分配，信道分配周期為Τ。；系統初始計時為h時刻；
[0015]步驟二、根據每個認知用戶自身速度f以及與授權用戶的相對位置關係，計算每
個認知用戶的可用信道列表集合Q (7:.),具體為:
[0016]判斷是否存在Tp≥Tc，
[0017]如果判斷結果為是，則授權信道j對認知用戶i的信道可用性概I由公式:[0018]
【權利要求】
1.認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法，其特徵是:它由以下步驟實現: 步驟一、初始化； 在認知無線電網絡中，隨機產生N個認知用戶的位置和速度矢量i ; 每個認知用戶i預測一個連續時間段Tp，在時間段Tp內當前的可用信道對於認知用戶i而言是持續可用的； 每個認知用戶i計算其本身與其他認知用戶P間出現幹擾的時間為Tp'; 隨機產生M個授權用戶的固定地理位置，其位置服從均勻分布； 每個授權用戶有一個專用的授權信道與之對應，即:每個授權用戶使用一個相應的授權信道； 授權用戶的初始工作狀態隨機產生，即:工作或者空閒狀態； 設定可用信道概率門限α和幹擾邊概率門限β ;其中，0〈α，β〈1 ； 認知系統周期的進行信道分配，信道分配周期為Τ。；系統初始計時為h時刻； 步驟二、根據每個認知用戶自身速度f以及與授權用戶的相對位置關係，計算每個認知用戶的可用信道列表集合Q(?:.)，具體為: 判斷是否存在Tp > T。， 如果判斷結果為是，則授權信道j對認知用戶i的信道可用性概率#由公式:
2.根據權利要求1所述的認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法，其特徵在於步驟一中的任意一個認知用戶i的移動遵循以下方式:初始時朝某一任意方向故以固定速率ν?移動一段時間後，變換方向朝另一個任意方向6?1以一個新的固定速率V!移動一段時間，按照此方式循環往復； 其中，速度方向服從[O~2π]上的均勻分布；速率大小服從[O~Vmax]上的均勻分布，Vmax是認知用戶移動的最大速率；認知用戶i移動時保持速度不變的時間段T服從均值為I/λ的指數分布；且滿足公式:
B (X) =l_e]x。
3.根據權利要求1所述的認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法，其特徵在於步驟三中，附近區域的認知用戶是指在當前時刻下，與認知用戶i的距離d滿足d<2.Vmax.Tc+r 的用戶。
4.根據權利要求1所述的認知無線電網絡中基於移動性預測的信道分配方法，其特徵在於步驟六中，進行每個連通子圖的信道分配原則是:如果各認知用戶還有可用信道，按照連接度度數由低到高的順序進行分配，如果連接度相等，按照信道度數由低到高進行分配；更新認知用戶及其鄰接認知用戶的可用信道概率列表，直至此子圖信道分配完成。
【文檔編號】H04W72/04GK103546895SQ201310506958
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】徐玉濱, 陳佳美, 馬琳, 趙洪林, 崔揚 申請人:哈爾濱工業大學