[发明专利]认知无线网络中机会频谱资源的多用户分布式接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信网络技术领域的方法，具体是一种认知无线电网络中机会频谱资源多用户分布式接入方法。

背景技术

随着无线服务的快速发展，频谱资源变得日益拥挤。几乎所有可以使用的频带都已经被授权分配给有关服务使用。然而，通过广泛的测量发现在授权频段中有很大的一部分处于未使用的状态。认知无线网络的一个典型特点是未授权用户对授权频段的接入能力。为了提高频谱资源的使用效率，需要设计一种有效机制来使未授权用户接入授权用户的未被使用中的频段，同时尽量减少对授权用户正常工作产生干扰。

目前，一般将认知无线网络的模型分为exclusive use(独占使用)和hierarchical access(层级接入)两种。独占使用模型中，授权用户将未被使用的频段租赁给次级用户使用。在层级接入模型中，次级用户伺机传输数据当主用户处于空闲状态。在层级接入模型中，根据主用户行为的动态特性又可以将次级用户的频谱使用分为dynamic spectrum allocation(动态频谱分配)和opportunistic spectrum access(机会频谱接入)两种。在动态频谱分配中，主用户的动态特性较低，频谱资源在一个相对较长的时间段内处于未使用状态。然而在机会频谱接入中，主用户的动态特性较高，频谱资源的空闲状态只持续一段较短的时隙。机会频谱接入的最大挑战是频谱感知信息的不完全性和不可靠性，因此难以实现对机会频谱资源的有效利用。经对现有技术文献的检索发现，机会频谱接入技术目前多关注于基于非完全感知信息的最优频谱接入策略与合作式频谱感知机制的设计。Huang等于2008年在The 27th Conference On Computer Communications(美国电气和电子工程师协会计算机通信会议)上发表的“Opportunistic spectrum access in cognitive radio networks”(认知无线网络中的机会频谱接入)，提出了使用感知、退避和传输机制的三种频谱接入方案，并给出了对于次级用户性能的闭式分析。Anandkumar等于2010年发表在IEEE INFOCOM(电气电子工程师协会计算机通信国际会议)上的“Opportunistic spectrum access with multiple users：learning under competition”(多用户的机会频谱接入：考虑用户竞争的学习算法)，研究了如何使多个次级用户中合作式分配达到总吞吐量最大，并提出了一种学习机制以分布式的方式达到关于后悔的渐进式最优。但是上述文献的方法有较强的应用局限。Ahmad等于2009年发表在Information Theory，IEEE Transactions(美国电气和电子工程师协会信息论)上的“Optimality of myopic sensing in multichannel opportunistic access”(多频道机会接入中短视感知方法的最优性)，证明了在主用户是独立和同等分布下的马尔科夫过程模型中，当状态变化与时间正相关时短视感知策略是最优的。Tekin等于2011年在IEEE INFOCOM(电气电子工程师协会计算机通信国际会议)上发表的“Online learning in opportunistic spectrum access：A restless bandit approach”(机会频谱接入的在线学习机制)，构造了一个考虑主用户频段时变条件下次级用户频谱接入的在线学习算法。但是上述算法的缺陷在于均采用集中式算法，拥有较高的运算复杂度以及额外的通信开销。

经对现有技术文献的检索还发现，在解决无线通信网络的资源分配问题上应用博弈理论有着一般方法无法具备的优良特性：一方面能够使得各移动用户改变自身参数来最大化自身利益如提高传输速率、降低差错概率等；另一方面能够使系统总的利益如总吞吐量、总传输速率等最大化。因此，如何利用博弈原理，来实现在认知网络中机会频谱资源的频谱接入是值得研究的重要方向。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提出了一种认知无线网络中机会频谱资源多用户分布式接入方法，该方法适用于具有多个主用户信道的无线网络环境中，分布式执行，复杂度低；节省信令开销，无线接入点之间、次级用户之间都不需要信息交互。