[发明专利]一种基于两级轮询的无线认知网络频谱接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络相关技术，尤其涉及一种基于两级轮询的无线认知网络频谱接入方法。

背景技术

物联网技术的发展加大了无线通信业务需求的快速增长，也使得有限的频谱资源更加稀缺。传统的授权网络中，授权用户只能在授权频带上工作，使用静态的信道接入方式来完成通信，频谱利用率较低；认知无线电网络中，认知用户本身没有频谱授权，而是在不干扰授权用户的前提下访问网络，即采用动态频谱接入(dynamic spectrum access,DSA)技术，有效提高了频谱的利用率。目前建立了在部分可观察马尔科夫过程(POMDP)框架下的非集中式OSA网络MAC层协议，但存在次用户间资源共享公平性无法保障的不足(IEEE Transactions on Signal Processing,2009,57(2):783-797)，另一种方法是，要求次用户通过根据自身业务特性及距离因素选择最优接入信道的方法达到保证公平性和减小碰撞概率的目的(通信学报,2012,33(4):25-30)，专利号为：CN101754234A的技术方案提出了一种将马尔科夫链的接入预测统计模型方法和载波侦听多路访问接入协议相结合,提出一种基于马尔科夫链和载波侦听多路访问的机会频谱接入方法，专利号为CN102256261A的技术方案基于着色图理论建立了一种具有网络认知能力的动态频谱接入方法，专利号为CN101854640A的技术方案提出利用连续时间马尔科夫链捕捉记录系统的状态转移,计算出最优接入信息指导认知用户进行频谱选择。上述文献中讨论了认知用户对接入频段的检测与选取方法，而在确定接入频段后采用的调度方法未进行讨论。当有多个认知用户存在于同一频段时，仅采用载波侦听的多路访问的方法，一方面不能有效避免冲突，由冲突引起的重发会降低信道利用率并增加时延，另一方面不能保障授权用户提供信道占用优先权和多认知用户间的信道占用公平性。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于两级轮询的无线认知网络频谱接入方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明基于两级轮询的无线认知网络频谱接入方法，包括以下步骤：

(1)定义帧格式：

用户与基站交换三类信息包：数据请求帧(RTS)、数据帧(DATA)和确认帧(ACK)，信息包中的Frame Control字段定义与IEEE802.15.4相同，其中使用b₀b₁b₂位标明信息包类型，b₀b₁b₂＝000表示数据请求帧；b₀b₁b₂＝001表示数据帧；b₀b₁b₂＝010表示确认帧，FCS字段为16bit的ITU-T CRC校验位；

(2)初始化：

在初始化阶段，基站需要根据用户反馈信息进行用户状态划分，并根据用户状态生产或更新轮询表，具体方法为：

方法一：基站通过与认知用户交换信息实现认知用户管理，包括认知用户加入和离开状态的更新，以及轮询表的生成和更新；

用户加入：新认知用户确定接入目标信道向基站发出加入授权信道申请，基站接收后为认知用户分配ID号，标注为活动状态，休眠状态的认知用户在有数据请求时被激活告知基站后，基站将其恢复为活动状态；

用户离开：认知用户离开存在三种情况可能：(a)无数据发送，进入休眠；(b)用户掉电或其他故障；(c)用户移动，离开网络；情况(a)中，认知用户向基站报告状态，基站在轮询表中将该用户状态更新为休眠；情况(b)、(c)中基站在请求信息发送后标记时间戳，超过macDataWaitDuration未收到数据，则判断请求对象离开；其中：

macDataWaitDuration＝aUnitBackoffPeriod+aTurnaroundTime+phySHRDuration+┌phySymbolsPerOctet┐；

方法二：根据用户状态生成或更新轮询表，基站负责调度轮询表的生产和更新；