[发明专利]一种基于跳频的跨层认知无线电网络用户接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术领域，具体地说是一种特别用于将多个不同的用户接入到认知无线电网络中的实现方法。

背景技术

目前随着无线通信服务的需求日益增长，无线频谱资源日趋紧张，为提高频谱利用率，一个崭新的概念“频谱空穴”(Spectrum Holes)被提出，即“一个频谱空穴是分配给授权用户的频带，但是，在某一指定时间和空间，在授权用户不占用这一频带的情况下，此频带可以被其他用户使用。”这样，频谱资源的潜在利用率可以得到明显提高。认知无线电（Cognitive Radio）技术被认为是未来探测频谱空穴特性、高效利用无线频谱的主要手段。认知无线电网络能通过主动地感知无线频谱使用情况、认知无线环境、自适应地重配置网络资源、工作模式与参数，进而实现与周边无线网络协同工作的目标。因此，具有认知无线电能力、重配置能力的新一代智能认知无线电网络成为研究的重点。

在认知无线电网络（Cognitive Radio Network，CRN）中，有两类用户：一类是被授权使用某频段的用户称为授权用户，或者主用户（Primary User，PU)，它拥有频谱的绝对使用权；另一类是没有被授权使用频谱的用户称为非授权用户，或者认知用户、次用户(Secondary User，SU)，它须以不影响主用户的正常通信为前提，选择空闲频段进行通信。认知无线电技术通过感知在时间、频率和空间上的空闲机会，以OSS(opportunistic spectrum sharing，机会频谱共享）方式实现对频谱的有效利用。机会频谱共享是指次用户能够通过高敏感度的设备感知频谱变化并自动监测主用户的行为。如果次用户能够掌握网络内主用户的信道接入行为，它就可以灵活、动态地使用这些频谱；更重要的是，采用机会频谱共享方式，不需要改变原主用户的协议，即不需要让主用户知道次用户的存在，就可以在不干扰主用户正常使用授权频段的情况下，与主用户共享频谱，这使得认知无线电技术更加容易应用到实际系统中。

认知无线电网络中一旦有空闲的主用户频谱就可分配给次用户接入网络开始通信，但是如何感知到主用户的空闲频谱及如何把空闲频谱信息传递给次用户仍是一个难题。同时，由于无线环境随时间和空间变化，网络需要跟踪变化，并通过操作频段、调制方式、传输功率等的改变实现频谱环境的自适应，因此目前针对认知无线电网络用户接入机制进行的研究都是提出采用动态频谱接入策略（DSA，Dynamic Spectrum Access）。但由于频谱的动态变化性，主用户可能随时都会出现，而一旦主用户出现，次用户就要立即采取退避措施，如果次用户频繁地进行退避，不仅会在短时间内对主用户造成干扰，而且会影响次用户的QoS（服务质量）从而降低整个网络的通信质量。另外，现有的研究提出的认知无线电网络用户接入技术主要基于MAC层的预约和冲突避免的自适应方法，没有充分考虑底层监测信息的共享，导致网络开销大且效率不高。

发明内容

为克服现有的认知无线电网络用户接入技术的不足，本发明提供了一种分簇的认知无线电网络结构及其节点的跨层体系结构，并在此基础上提出了一种基于跳频的跨层认知无线电网络用户接入方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：认知无线电网络由主用户网络和认知用户（次用户）网络构成，整个网络按主用户基站的服务范围分为多个主用户网络，每个主用户网络由一个主用户基站和多个主用户、及多个认知基站（次用户基站）构成，基于跳频的跨层用户接入方法包括以下几个步骤：

步骤一、网络初始化及认知簇的形成。在此阶段，主用户网络已建立，并允许多个认知用户（次用户）进入到主用户网络内利用主用户的空闲频段进行通信，通过对主用户网络内的认知用户进行分簇形成多个认知簇，并给出网络内唯一的簇号与簇内节点编号，在认知簇内由认知基站对该簇进行管理，并与主用户基站维持连接，所有主用户和认知基站的通信都通过主用户基站进行控制与转发，同时主用户基站与认知基站保持连接；网络内的认知用户按认知基站的服务范围进行划分，分为多个簇，每一个簇中由一个簇首和多个簇节点组成，每一个认知基站都与一个主用户基站保持连接并由该主用户基站进行控制管理，簇内所有认知用户的通信都由认知基站进行控制与管理；