[发明专利]认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法

说明书

本发明公开了一种认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法。在认知网络中，认知用户通过占用授权用户的空闲频谱进行通信；首先，认知节点根据平均数据传输率检测自身的拥塞状况，并划分拥塞度；然后，检测到拥塞的认知节点向管理节点发送拥塞通告信息，管理节点收到拥塞通告消息后，根据申请频谱的认知节点的拥塞度来分配频谱；最后，拥塞节点获得频谱分配后，根据当前缓存长度设定拥塞解除周期；在拥塞解除算法结束之后，再次主动进行拥塞检测，从而彻底解除拥塞；如果没有发生拥塞，则不做处理。本发明提高了认知节点使用频谱的公平性，并能有效减少碰撞、降低丢包率和增加吞吐量。

技术领域

本发明属于通信领域，更具体的涉及一种认知网络中的拥塞控制方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，对无线频谱资源的需求不断增加，使得无线频谱资源变得十分稀缺。在现行的静态频谱分配政策下，某些特定频段已经非常拥挤，几乎很难再提供新的频谱资源。与此同时，很多已授权的频谱使用效率低，大部分频谱的利用率不足5％，存在着大量频谱空洞。因此，提高授权频谱的利用效率是当前无线通信领域亟需解决的问题。无线认知网络的出现，有效的解决了上述问题。无线认知网络中的认知用户通过实时感知外部频谱的使用情况，发现并利用空闲的授权频谱进行数据传输，实现频谱资源的动态共享。

在认知无线网络中存在两类用户：主用户PU，primary user和认知用户CU，cognitive user。主用户是在指定频谱上的授权用户；认知用户没有任何频谱使用授权，只有当主用户的频谱出现空闲情况下，才能占用其频谱通信。然而，在认知无线网络环境中，由于不同认知用户的接入方式或发射功率不一定相同，处于同一授权频谱覆盖范围内的多个认知用户在接入和使用频谱的过程中可能出现干扰现象。同时，授权频谱分配的先后次序也将影响频谱分配的最终结果。目前，已有部分研究针对认知无线电的频谱分配过程展开了讨论，通过分析多个相互竞争的认知用户之间的关系，将授权频谱分配给满足一定条件的认知用户使用。可以发现，现有的频谱分配算法在分配过程中主要以特定的目标函数为指导，并未考虑认知用户的拥塞状况和频谱分配过程的公平性。此类算法在分配过程中以最大化目标性能为主导，可能将频谱资源优先分配给部分竞争力较强的认知用户，导致其他竞争力较弱的认知用户由于可用频谱被占用而出现拥塞；另外一些授权频谱资源由于没有认知用户接入而继续空置，产生“饿死”现象。

综上可知，现有在认知网络中解决拥塞的方法主要是基于频谱分配来实现的，认知用户在接入授权频谱的竞争过程中可能出现干扰，一些认知用户由于长期竞争不到频谱可能出现拥塞，而现有的频谱分配算法在频谱分配的过程中并没有考虑认知用户自身的拥塞状况。如何准确的检测认知用户本身的拥塞状况和公平的分配频谱是拥塞控制亟需解决的关键技术难题，也是目前所研究的热门课题。

发明内容

针对上述认知用户在接入授权频谱的竞争过程中所产生的拥塞问题，本发明提出了一种在认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法。认知节点通过监测一段时间内的数据传输率来检测拥塞，若发生拥塞，则发送拥塞通告信息给管理节点，管理节点根据申请频谱的认知节点的拥塞度进行频谱分配；拥塞节点获得频谱分配后，根据当前缓存长度来分配拥塞解除周期，从而缓解拥塞。本发明提高了认知节点使用频谱的公平性，并能有效减少碰撞、降低丢包率和增加吞吐量。

本发明提出一种认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法，在认知网络中，认知用户通过占用授权用户的空闲频谱进行通信；在认知用户中有一个管理节点，用来感知、分配和管理频谱；首先，认知节点依当前数据传输率判定拥塞度，并向管理节点发送携带拥塞度的拥塞通告消息；然后，管理节点根据申请频谱的认知节点的拥塞度来进行频谱分配；最后，认知节点获得频谱分配后，根据当前缓存长度来设定拥塞解除周期，并进入拥塞解除过程，包括以下步骤：

步骤一、管理节点循环检测网络中全部授权用户的工作频谱，判断授权用户的工作频谱是否空闲，若授权用户的频谱空闲，则将此频谱添加到可用频谱表中；