[发明专利]一种适用于认知无线网络的分布式接入控制方法

说明书

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种适用于多信道认知无线网络的接入控制协议设计。本发明针对现有基于感知‑预约模式和基于预约‑感知模式的认知无线网络接入控制机制所存在的各种缺陷，基于预约‑感知模式设计一种新的基于专用控制信道的认知无线网络接入控制机制。与现有技术相比，本发明所提接入控制机制需要能更好地避免对隐藏主用户的通信造成干扰和更为充分地利用专用控制信道和其它未预约数据信道的时频资源进行认知数据传输。同时，与现有技术相比，本发明所提接入控制机制需要能实现更优的数据信道利用效率和网络数据传输吞吐量。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种适用于多信道认知无线网络的接入控制协议设计。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，有限的频谱资源已经成为制约无线通信发展亟待解决的问题。作为解决频谱资源日益紧张的一个重要技术手段，认知无线电技术可以使得认知用户节点机会式地接入到已被授权给主用户并且处于空闲状态的通信频段，在不影响主用户通信的前提下传输认知用户数据，从而可以有效地提高有限频谱资源的利用率和促进异构网络的融合。

在由多个认知节点所组成的认知无线网络中，任意两个相邻认知节点需要在进行数据传输之前交互包含频谱感知结果、网络拓扑、时钟同步和信道预约在内的各类型控制信息，以增强认知节点对授权信道频谱感知的准确性和避免对主用户节点或者其它认知节点的通信造成干扰，从而最终在多个可能被主用户所占用的数据信道中选出彼此皆可用的数据信道进行认知数据传输。为此，认知无线网络可以利用一个独立于所有数据信道、不受主用户干扰、并且可以被所有认知节点随时接入的专用控制信道，以分布式的方式实现各类型控制信息的实时可靠交互。

根据认知节点对数据信道进行感知和执行控制信息交互的先后顺序，基于专用控制信道的认知无线网络接入控制机制可以被划分为如下两类：

感知-预约模式：在数据传输开始之前，认知收发节点首先对所有数据信道进行频谱感知，然后再根据频谱感知结果预约一组未被主用户占用的空闲数据信道进行认知数据传输。

预约-感知模式：在数据传输开始之前，认知收发节点首先为认知数据传输预约一组数据信道，然后再对已预约数据信道进行频谱感知。如果感知到已预约数据信道正在被主用户所占用，那么就视为之前的数据信道预约失败。

这两种接入控制机制存在各自的优缺点。其中，与预约-感知模式相比，感知-预约模式通常会导致认知收发节点对预约数据信道的频谱感知和基于这些数据信道的认知数据传输之间出现更长的时延，从而无法更好地适应主用户对数据信道的动态占用。另一方面，与感知-预约模式相比，预约-感知模式更容易使得认知收发节点预约到正在被主用户占用的数据信道，从而更容易出现数据信道预约失败的情况。

此外，现有基于预约-感知模式的接入控制机制存在如下两个缺点：第一，只要认知收发节点的本地频谱感知检测到已预约数据信道未被主用户占用，那么它们就会在预约数据信道上传输认知数据。然而，由于现有本地频谱感知方法，例如能量检测、匹配滤波器、循环谱和小波检测等，的局限性，因此可能会存在认知收发节点均未感知到的隐藏主用户，而认知收发节点之间的数据传输则可能对隐藏主用户的通信造成干扰。第二，当一对认知收发节点成功地预约了一组数据信道，那么它们需要在结束该数据信道上的数据传输过程之后才能重新开始交互控制信息，而这一等待机制限制了这对认知收发节点数据传输效率的提升。

发明内容

本发明针对现有基于感知-预约模式和基于预约-感知模式的认知无线网络接入控制机制所存在的各种缺陷，基于预约-感知模式设计一种新的基于专用控制信道的认知无线网络接入控制机制。与现有技术相比，本发明所提接入控制机制需要能更好地避免对隐藏主用户的通信造成干扰和更为充分地利用专用控制信道和其它未预约数据信道的时频资源进行认知数据传输。同时，与现有技术相比，本发明所提接入控制机制需要能实现更优的数据信道利用效率和网络数据传输吞吐量。

一种适用于认知无线网络的分布式接入控制方法，具体步骤如下：