[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

摘要

本发明公开了一种基于两级轮询的无线认知网络频谱接入方法，本发明以两级轮询控制技术为核心，以提高频谱利用率，减小用户频谱接入时延为出发点，给出认知网络中用户接入授权频段后，授权用户优先的多用户信道共享策略。基于预约的轮询接入控制方式可有效避免碰撞，针对应急通信中时延敏感业务，在保障授权用户正常通信的前提下，仅对有业务需求的用户分配信道，从传输时延、网络吞吐量等方面，为认知用户和授权用户提供QoS保障。且采用基于预约的并行调度方法控制认知用户的信息发送，可避免冲突且提高信道利用率，此外，采用两级轮询接入控制方法能有效保证信道中授权用户优先级及认知用户间的公平性。

主权项

一种基于两级轮询的无线认知网络频谱接入方法，其特征在于，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；数据请求帧：用于基站向数据采集节点请求数据，包括Frame Control、Src、Dest、Serv_type和FCS字段，其中Frame Control字段为控制字段，2字节；Src字段2字节，标明发送者地址；Dest字段2字节，标明接收者地址；Serv_type字段1字节标明数据接收方式，Serv_type＝00表示限定(k＝1)方式，Serv_type＝FF表示完全接收方式；FCS字段为16bit的ITU‑T CRC校验位；数据帧：授权用户和认知用户发往基站的数据，包括Frame Control、Src、Dest、Dsn、I_last、Data、FCS字段，其中Src、Dest、FCS字段定义与RTS中相同，Dsn字段1字节，标明当前数据序号，I_last字段1字节，标明当前数据包是否为缓冲区中最后一个数据，I_last＝FF表示是，I_last＝00表示缓冲区中还有剩余数据；DATA字段为数据信息，长度可变；确认帧：基站发送给授权用户和认知用户，用于确认数据接收及数据请求，Frame Control、Src、Dest、Dsn、SNext、FCS字段，其中Src、Dest、FCS字段定义与RTS中相同，Dsn字段2字节，标明申请收到的下一数据包序号，SNEXT字段2字节，标明为下一个请求对象地址；(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┐式中：aUnitBackoffPeriod：单位退避时间，参照IEEE802.15.4典型值为20；aTurnaroundTime：传送周期，发送者与接收完成一次往复交换的时间，参照IEEE802.15.4典型值为12；phySHRDuration：物理层信标中的SHR同步信标头长度，参照IEEE802.15.4典型值为3，7，10，40；┌phySymbolsPerOctet┐：为phySymbolsPerOctet上取整，phySymbolsPerOctet表示物理层中平局每字节的符号数，参照IEEE802.15.4典型值为0.4，1.6，2，8；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；轮询表产生规则：(a)仅将活动状态的用户列入轮询表，包括在轮询表尾部添加新加入的活动用户以及去除离开和休眠状态用户；(b)按照两级轮询顺序建立轮询表：连续两个认知用户之间都要轮询授权用户一次；例如，对于存在在N个认知用户SUi和一个授权用户PU的共享信道，轮询表顺序为：PU→SU1→PU→SU2→L→PU→SUi→L→PU→SUN；(3)两级轮询并行调度：当信道中存在多个用户时，基站根据轮询表顺序，对用户进行调度：步骤1：广播轮询表；步骤2：按轮询表顺序发送数据请求包；步骤3：接收数据，根据数据发送者回复ACK确认帧，当数据来自认知用户，在ACK确认帧中捎带数据请求信息；当数据来自授权用户，ACK确认帧中数据请求字段置为无效，直至收到最后一个数据后，再在ACK确认帧中按轮询表顺序捎带认知用户的数据请求信息；若超时未收到数据，或数据包I_last字段为1，修改该用户状态为离开；按轮询表顺序向下一节点发送数据请求包；步骤4：检测到用户状态更新信息，返回步骤1；(4)授权用户优先信道占用：授权用户收到数据请求后对信道的占用方式为：只要缓冲区中有数据分组存在就一直占用信道进行传输，直至缓冲区完全为空再释放信道进入离开状态，具体控制算法是：步骤A：数据到达，发送频谱接入申请，等待接入；步骤B：接收基站轮询表，进入活动状态，侦听信道；步骤C：若侦听到数据请求或ACK确认帧，则发送数据；步骤D：按完全服务策略发送完所有数据后，进入休眠状态，当新数据到达则进行步骤A；认知用户在收到数据请求时后对信道的占用方式为：发送一个数据分组后释放信道，等待下一次数据请求，保持活动状态直至完成缓冲区内数据传输，具体控制算法是：步骤a：发送接入申请；步骤b：接收轮询表，若超时仍未收到轮询表，返回步骤a；步骤c：若侦听到数据请求，则发送1个数据包；若侦听到ACK确认帧，根据Dsn和SNEXT字段判断是否为请求对象，若是则发送1个数据包；步骤d：若缓冲为空则休眠，此后若有新数据到达则进行步骤a；若缓冲区不为空则继续侦听。