[发明专利]分布式频谱资源动态分配的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络领域的技术，具体涉及一种无线网络中分布式频谱资源动态分配方法，解除集中式分配方法中对中心节点的依赖，在保证可行的计算与通信开销的前提下，结合频谱的空间可重用性，激励节点如实参与分布式的频谱动态分配过程，提高频谱资源的分配效用。

背景技术

快速增长的无线技术正在争夺有限的频谱资源。大量新加入的无线服务与应用对频谱资源的需求，已经难以通过传统的代价高且效率低的静态频谱分配方法得到满足。因此亟需设计公平高效的频谱资源动态分配方法。

近年来，涌现了很多性能良好的频谱动态分配方法，它们考虑频谱资源的空间可重用性，以及频谱资源对无线网络中不同节点的多样化的价值，进行动态的按需分配。然而，这些方法往往都依赖于一个集中式的、可靠的权威机构来进行操作。这一中心节点收集所有节点对频谱资源的估价和需求，基于全局情况，分配频谱资源，并向获得频谱的节点收取一定的租用费用。

通过观察可发现，集中式的频谱动态分配方法存在诸多弊端。第一，它当有一个实时存在的可靠的中心节点，而实际的无线网络次级频谱市场中，这样的中心节点可能并不存在。第二，集中式分配方法的可扩展性并不理想，中心节点为了动态按需分配频谱资源，需要与每个无线节点建立可靠的通信信道，以便收集节点对频谱资源的估价和需求，而这类通信信道在实际应用场景中可能并不存在。第三，集中式分配方法的鲁棒性值得质疑，一旦中心节点出现故障，整个分配过程将被迫停止。因此，有必要设计分布式的频谱资源动态分配方法。

分布式频谱资源动态分配方法的设计面临几个挑战。第一，分布式方法不再通过集中式的中心节点来管理动态分配过程，此时无线节点被赋予了双重身份，它们不仅需要竞争频谱资源，还需要合作决定动态分配结果，它们的行为空间由集中式的一维(提供估价)扩展至分布式的三维(提供估价、参与通信与计算结果)。第二，无线频谱具有空间可重用性，在满足足够的信噪比时，多个节点可同时使用同一个波段的频谱，这使得频谱资源分配最优化问题即便是在集中式环境中也变得多项式时间内不可计算。第三，节点的计算能力和通信能力有限，无法直接采用传统的可信多方计算方法，而需要设计防操纵性的分布式频谱动态分配机制，防止节点通过策略性的行为获得不正当的效用，激励节点真实地参与动态分配过程。

现有的频谱资源动态分配方法并没有综合考虑上述挑战。具体地说，目前的分布式频谱共享方法不具备防操纵性，而防策略性的频谱分配机制都是集中式的。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101681472，公开日2010‐03‐24，公开了一种无线客户机上的启用频谱拍卖从而允许节点获得频谱接入的方法，包括以下内容：频谱提供者虽然对频谱具有独占权限，但在某些约束条件下允许其他用户接入该频谱；无线客户机对在其他情况下不可用的频谱的使用权限进行投标，发送接入频谱的请求，接收到具有约束的接入频谱的提议后，可以选择接受、拒绝该提议或对该提议进行还价。但该技术的集中式的拍卖机制依赖于可信的中心节点，且不具备良好的可扩展性与鲁棒性。

中国专利文献号CN103987051A，公开日2014‐08‐13，公开了一种基于无线传感器网络可靠感知的频谱共享方法，包括以下步骤：构建具有无线传感器辅助认知的无线电网络；融合中心按照传感器节点与融合中心的距离大小选取传感器节点参与频谱感知，融合各节点感知到的频谱结果，获得当前可用于分配的频谱资源；将频谱分配状态转换为图论着色优化问题，引入量子菌群算法，通过对细菌进行量子位编码，测量及更新来实现公平有效的共享方案。但该技术没有考虑频谱资源对不同传感器节点的价值差异，不能将有限的频谱资源分配给最能够有效利用它的节点，且同样存在上述集中式方法的诸多弊端。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种分布式频谱资源动态分配的实现方法，能够将频谱分配过程分布式化，解除了集中式方法对可靠中心节点和通信信道的依赖，考虑了无线频谱的空间可重用性，在保障可行的计算与通信开销的前提下，实现了频谱的次优分配，提高了总体资源分配效用；再者，该机制具有防操纵性，大大减少了节点为了做出最优选择所需的行为空间探索开销，避免了操纵行为对真实参与分配过程的节点的效用的损害。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明包括以下步骤：

步骤1、收集信道需求信息：根据节点之间的冲突关系，各节点分别与邻居节点交换对信道的估价与需求数，得到局部信息集，并根据估价排序确定邻居节点的优先级。