[發(fā)明專利]基于反圖描述的認知網(wǎng)絡動態(tài)頻譜分配方法

有效

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• 申請日: 2010-08-30
• 公開（公告）號: CN101951609A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設計）人: 吳建設;焦李成;李蕊;緱水平;李陽陽;韓紅;王爽;戚玉濤;陳為勝
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信網(wǎng)絡技術領域，涉及認知網(wǎng)絡的動態(tài)頻譜分配，用于降低認知網(wǎng)絡中用戶購買頻譜時的總花費，以及提高頻譜的使用效率。

背景技術

現(xiàn)今的無線通信網(wǎng)絡采取的是固定的頻譜分配政策，即政府將固定的頻譜分配給固定的注冊用戶或是根據(jù)地理位置分配頻譜使用權，這種分配方式使得頻譜的使用效率僅在15％-80％之間。隨著無線電應用范圍的不斷擴展，頻譜資源的稀缺成為無線電應用研究領域無法回避的重要問題。Joseph?Mitola博士提出的認知無線電技術從頻譜再利用的思想出發(fā)，能夠對頻譜資源達到有效利用并保持可靠通信能力。認知網(wǎng)絡被認為是智能無線通信網(wǎng)絡，它以靈活、智能、可重配置為顯著特征，通過感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術從環(huán)境中學習，有目的地實時改變某些操作參數(shù)，比如傳輸功率、載波頻率和調制技術等，使其內部狀態(tài)適應接收到的無線信號的統(tǒng)計變化，從而實現(xiàn)任何時間、任何地點的高可靠通信以及對異構網(wǎng)絡環(huán)境有限的無線頻譜資源進行高效地利用。認知網(wǎng)絡的核心思想就是通過頻譜感知和系統(tǒng)的智能學習能力，實現(xiàn)動態(tài)頻譜分配和頻譜共享。

認知網(wǎng)絡的目的就是更好地利用網(wǎng)絡中空閑的頻譜，以提高頻譜的動態(tài)分配能力，從而提高頻譜的使用效率。因為部分的頻譜已經(jīng)被授權用戶所占用，認知網(wǎng)絡的任務就是在不影響授權用戶正常通信的條件下，將授權用戶所空閑的頻譜分配給認知網(wǎng)絡用戶，從而提高了空閑頻譜的使用效率。假設一個網(wǎng)絡的某小區(qū)中有一個基站和N個認知用戶。網(wǎng)絡中的基站負責將該小區(qū)中授權用戶暫時未使用的頻譜分配給其認知用戶，一旦檢測到授權用戶開始使用該頻譜，那么基站將把備用的空閑頻譜分配給該認知用戶繼續(xù)使用。

認知網(wǎng)絡的體系構架很多，其中最具代表性的就是基于IEEE?802.22標準的無線區(qū)域網(wǎng)WRAN。基于IEEE?802.22標準的無線區(qū)域網(wǎng)WRAN使用未使用的電視廣播信道，在對電視信道不產生干擾的前提下，為農村地區(qū)、邊遠地區(qū)和低人口密度且通信服務質量差的市場提供類似于在城區(qū)或郊區(qū)使用的寬帶接入技術的通信性能。在WRAN系統(tǒng)中，基站和用戶預定設備是主要實體，轉發(fā)器是可選的實體，采用集中式的網(wǎng)絡結構。在下行方向上，WRAN采用固定的點對多點星型結構，其信息傳播方式為廣播方式；在上行方向上，WRAN向用戶提供有效的多址接入，采取按需多址DAMA和時分多址TDMA，即各用戶網(wǎng)絡終端設備CPE以傳輸需求為基礎，根據(jù)DAMA和TDMA機制共享上行信道。用戶通過與基站BS的空中接口接入核心網(wǎng)絡，一個CPE可支持多個傳輸數(shù)據(jù)、語音和視頻的用戶網(wǎng)絡的接入，通過BS可接入到多個核心網(wǎng)絡。在CPE與BS之間，系統(tǒng)可通過轉發(fā)器進行轉發(fā)。在任何情況下，BS提供集中式的控制，包括功率管理、頻率管理和調度控制。

現(xiàn)有的認知網(wǎng)絡動態(tài)頻譜分配方法只是將偵聽到的空閑頻譜隨機分配給要使用的用戶，沒有考慮用戶的花費和頻譜的使用效率，也沒有考慮通訊服務質量的好壞，因而增加了用戶通訊時的花費，降低了頻譜的使用效率，同時也影響了用戶的通訊質量，造成用戶在通訊過程中可能受到其它信號的干擾，影響其正常通訊。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種基于反圖描述的認知網(wǎng)絡動態(tài)頻譜分配方法，以有效地降低認知網(wǎng)絡中用戶購買頻譜時的總花費，提高頻譜的使用效率。

本發(fā)明的技術方案是把認知網(wǎng)絡的動態(tài)頻譜分配問題轉換成反圖模型G，在反圖模型G中，將認知用戶組成的網(wǎng)絡拓撲結構抽象成圖，圖中每一個節(jié)點代表一個認知用戶，每一條邊所連接的兩個節(jié)點可以共用一個頻譜。然后把代表用戶的N個節(jié)點劃分到m個顏色組中，并給每一個顏色組分配一個頻譜。具體步驟包括如下：

(1)繪制出認知網(wǎng)絡的頻譜干擾圖；

(2)對繪制出的認知網(wǎng)絡頻譜干擾圖進行反圖操作，得到反圖模型為：G＝{N，V，E，B，M}，其中N為用戶總數(shù)，V為代表所有用戶的節(jié)點集，節(jié)點分別標記為1，2...N，E為所有無向邊的集合，B為供用戶選用的m個頻譜的集合，M為m個獨立的顏色組；

(3)將用戶購買每一個頻譜的花費分別記為b₁，b₂…b_m，將m個獨立的顏色組分別記為C₁，C₂…C_m；