[发明专利]一种融合通信中基于节能认知访问的网络自愈方法

说明书

技术领域

本发明是属于电力通信网络技术领域，具体涉及一种融合通信中基于节能认知访问的网络自愈方法。

背景技术

随着电力通信网络的发展，通信网形成了核心网、骨干网、接入网三层拓扑结构。随着信息技术的发展，各种各样的下层接入网络不断提出，以便满足用户的需求。电力通信网络是从单一业务网络变成多种业务为一体的融合网络。融合通信为上层应用提供统一的通信服务将不同下层网络集成到一个统一的访问平台，比如：全IP通信，向上为业务逻辑屏蔽了底层网络的复杂性。宽带无线技术的成功应用，能够提供集话音、数据、图像为一体的多媒体综合业务的、开放的电力通信网络结构逐步问世，使得网络中的无线接入设备和网络流量快速增长。当网络设备发生故障时，网络的自愈功能能够保持网络的正常运转。但是，现有的自愈技术不可避免的致使网络的能耗变大。然而，能源对于现代社会的重要性是众所周知的。认知访问为用户提供了一个灵活的、动态的融合网络访问方式，可以更大程度的降低网络自愈、建设和运维成本。但现阶段的电力通信网络采用冗余化设计，提供尽力而为的网络服务，并没有考虑网络能效问题。因此，在融合网络中如何实现和构建节能认知访问已经成为当前亟待解决的一个挑战。

由于能源以及频谱资源的重要性越来越突然，所以如何实现融合网络中的节能认知访问这一课题已经受到研究者们和运营商的广泛关注。现在已有一些方法已经被提出用于解决这个问题。对于频谱感知，Huang等人假定信道中的时间空闲状态服从某一个特定的分布，而频谱探测的结果正确与否取决于最大化频谱利用率和其他目标的访问控制策略。Zhang等人通过研究MAC协议来解决这个问题。然而，上面的方法没有考虑网络能量效率。Li等人研究了认知无线网络的网络能源效率问题。他们考虑能源利用率、吞吐量和干扰来研究认知无线网络动态频谱接入的数据发送的最优传送时间的长度。Xie研究了认知无线蜂窝网络中能源效率的资源分配问题。为了达到更好的性能，使用马尔可夫链分析多个认知用户的动态频谱接入。利用马尔可夫过程为随机频谱接入建立分析框架，然后提出了分布式认知MAC协议来改善认知网络的性能。尽管上述方法可以部分改善认知网络中的能源效率，但是对于多跳认知无线网络，它们仍然难以高能效的实现动态频谱接入。

在此，我们提出了一种高度节能的认知访问方法用于解决融合通信中认知接入网络的能耗和能效问题。根据网络流量分布的特点，我们认为初级用户的空闲时间服从帕累托分布。现有的研究发现网络流量有重尾分布和自相似性的重要特征。这样的网络流量的特征代表了网络设备和用户的内在行为。帕累托分布可以很好的描述网络流量的外在特征和网络设备和用户的内在行为。为减少认知接入网络的能源消耗,我们考虑了避碰和睡眠机制来提高能源效率的网络。通过基于避碰和睡眠机制的能源效率最大化的效用函数，我们把认知接入网络的节能接入问题转化为一个优化问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种融合通信中基于节能认知访问的网络自愈方法—节能动态频谱接入方法(Energy-Efficient Dynamic Spectrum Access，EEDSA)，以达到网络自愈组网时，降低能耗、提高能量效率的目的。

节能动态频谱接入方法，包括以下步骤：

步骤1、在路由器上初始化最小争用发送窗口w_min和最大争用发送窗口w_max，最小休眠窗口h_min和最大的睡眠窗口h_max，数据发送概率阈值δ，感知时间t_sen0；

步骤2、如果二级用户侦测到一级用户从忙碌状态转为空闲状态，然后设置当前时间为t＝0；然后计算信道空闲概率

步骤3、如果计算的一级用户的空闲概率否则，转至步骤9；

步骤4、根据一级用户的空闲概率计算最大发送时间然后进入数据发送状态；

步骤5、在时间段t_trans内，二级用户发送数据，t_trans代表二级用户发送数据所持续的时间；

步骤6、如果二级用户收到ACK，令t＝t+t_trans，然后返回步骤5。但是，如果二级用户收到NACK，使用最优的最大争用发送窗口w_max，然后令二级用户重复发送数据包的次数n＝0；

步骤7、计算争用发送窗口令二级用户在时间段内进行休眠；之后采用碰撞避免机制完成数据的发送；令n＝n+1，

步骤8、如果返回步骤7；