[发明专利]针对低权限通信系统的节能的频谱分配与机会接入机制

说明书

技术领域

本发明涉及的是无线通信领域的方法，具体是一种节能的频谱分配与机会接入机制。

背景技术

低权限通信系统（通常由于未获得频谱授权或业务等级较低，以下称为从用户）能通过动态频谱接入的方式与高权限通信系统（通常是频谱授权用户或业务等级较高，以下称为主用户）在一定程度上共存。该种动态频谱接入技术，即认知无线电技术，能使从用户利用一定的策略感知信道，发现主用户在某段时间退出信道产生的“频谱空洞”并接入该“频谱空洞”，在尽量少地影响主用户的前提下，提高频谱利用率，获得自身的吞吐量。

经过对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为：201210106394.X，名称为：无线电网络中基于契约的动态频谱分配方法，提供了一种基于契约的动态频谱分配方法，将信道以不同的质量进行交易，有效提高了授权系统的收益，同时可有效减少授权系统与认知无线电系统之间的干扰；发表于2011年Globecom的论文：Decentralized Online Learning Algorithms for Opportunistic Spectrum Access，提供了一种使多个用户吞吐率最大化的同时，兼顾不同从用户吞吐率公平性的频谱分配策略。此外，中国专利申请号为：201210377971.9，名称为：无线体域网中单频点信道快速自适应的接入方法，给出了一种使从用户在指数分布或超指数分布的信道中能够快速自适应信道参数的动态接入方案。该方案使得单个从用户在被分配一定的频谱资源后，能够在单信道上的快速自适应接入。

然而，随着今年基于智能手机的无线体域网及可穿戴式设备网络的兴起，无线网络对智能手机或其他便携计算设备的待机要求越来越高。此类网络应用的普及迫切需要一种低功耗的无线通信方式，现有的频谱分配策略未能充分考虑到节能问题。

发表于2011年IEEE SENSORS JOURNAL的论文“Energy-Efficient Distributed Spectrum Sensing for Cognitive Sensor Networks”给出了一种适用于从用户的低功耗接入方式。该方法着重考虑的是如何减少感知信道与传输数据之间进行平衡。然而，考虑到无线体域网或类似网络的星型结构拓扑，整个网络进行信道切换的功耗实际上远高于中心节点感知信道的功耗。从这一点考虑，本发明着重考虑在满足一定的吞吐率要求下，如何进行频谱分配可以尽量减少整个从用户网络进行信道切换的频率。在通常情况下，从用户接入某信道一段时间后，主用户回归的概率将大大增加，这时候频谱分配中心主动为主用户分配另外一个信道上的接入机会，将有利于增加从用户的吞吐率及降低从用户对主用户的干扰。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种针对低权限通信系统的节能的频谱分配与机会接入机制。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

所述针对低权限通信系统的节能的频谱分配与机会接入机制，包括如下步骤：

步骤1：初始化信道及主用户、从用户的信息；

步骤2：计算每个信道的最佳分配时长及从用户在每个信道上的最佳等待时长；

步骤3：为从用户初始分配频谱资源；

步骤4：等待从用户接入信道；

步骤5：更新信道状态；

步骤6：计算下一时隙中使从用户期望吞吐率最大化的信道；

步骤7：计算从用户本轮接入结束后，被分配到信道ch_j的概率；

步骤8：为从用户分配频谱资源。

优选地，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1：从监管机构或其他频谱检测设备，获取主用户拥有的信道数量N及主用户对每个信道ch_i，i=1,2,……,N的占用率p_i,B，即每个信道空闲率为p_i,I=1-p_i,B；获得主用户可接受的最大干扰概率η；获取每个信道的平均占用时长E_i,B及平均空闲时长E_i,I；获取每个信道的空闲、占用时长分布参数λ_i,I、λ_i,B；

步骤1.2：获得从用户的最低吞吐率要求R_th；获取从用户切换信道所需要的时长t_h，获取从用户分别进行数据传输、信道检测、信道切换的功率P_t、P_s、P_h；