[發明專利]認知無線電中基于異構用戶高效節能的合作感知調度方法

有效

• 申請號: 201210359558.X
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102905381A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 黃新;馮心欣;邱航;孫高飛;田曉華;楊峰;王新兵
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W72/12
• 分類號: H04W72/12;H04W52/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種通信技術領域的方法，具體是一種認知無線電中基于異構用戶、高效節能的合作感知調度方法。

背景技術

一方面隨著無線電的廣泛使用，頻譜的占用使得頻譜資源愈加寶貴。另一方面隨著不斷發展的無線電技術給移動用戶提供了更加靈活的接入方式。在認知無線電網絡中，有兩種用戶類型：主用戶（PU）和二級用戶（SU）。主用戶為授權用戶，能夠隨時地接入信道而不會受到任何干擾。二級用戶為非授權用戶并沒有接入和服務質量保證，但是擁有更大的靈活性選擇不同的運營商接入。因此基于認知無線電技術，二級用戶可以在電信運營商的頻段閑暇時，使用未被占用的頻段。為了保證主用戶PU的服務質量，二級用戶SU需要在接入前感知頻段的使用狀況，以便做出接入頻段與否的決定。在探測感知時，多個二級用戶SU可以合作起來、共同分享感知結果，以提高探測感知的準確率。

近年，人們對認知無線電中的合作感知機制進行了深入的研究。經對現有技術文獻的檢索發現，Walid?Saad,Zhu?Han等在2009年IEEE?INFOCOM會議上發表的“Coalitional?Games?for?Distributed?Collaborative?Spectrum?Sensing?in?Cognitive?Radio?Networks”（認知無線電網絡中分布式頻譜感知的合作博弈）。該文將認知無線電中的合作感知以合作博弈模型建模，提出一種有效的無線頻譜合作感知的有效研究手段。另外C.Song，Q.Zhang在2010年IEEE?ICC會議上發表的“Cooperative?Spectrum?Sensing?with?Multi-Channel?Coordination?in?Cognitive?Radio?Networks”（認知無線電網絡中多信道協調合作頻譜感知）。該文提出了一種異構主用戶PU、異構二級用戶SU中求解最佳合作感知策略的方法。但是，以上方案都只考慮了預期頻譜機會作為收益，沒有考慮合作探測中的能耗問題。

經檢索還發現，Xiangxia?Sun等在2012年IEEE?INFOCOM會議上發表的“Energy-efficient?Cooperative?Sensing?Scheduling?for?Heterogeneous?Channel?Access?in?Cognitive?Radio”（認知無線電中異構信道接入的高效節能合作感知調度）。該文提出了異構主用戶PU、同構二級用戶SU下，并且考慮能耗高效和感知準確率的最優合作感知調度方案。但是，該文僅考慮了同構二級用戶SU下的最優策略，而在實際中，二級用戶SU的感知能力、感知能耗等性質往往是不一樣的。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種認知無線電中基于異構用戶、高效節能的合作感知調度方法。該方法使用非線性規劃問題模型建模，一方面考慮到異構主用戶PU、異構二級用戶SU的實際條件，另一方面考慮到能耗高效性和感知準確性的折衷，能夠使用較短時間和較少計算，取得頻譜合作感知調度中的穩定的全局次優解答。

根據本發明的一個方面，提供一種認知無線電中基于異構用戶高效節能的合作感知調度方法，包括如下步驟：

步驟一，多個主用戶PU和多個二級用戶SU構成認知無線電網絡，基站BS收集、交流PU、SU的參數信息，其中，所述主用戶PU為異構主用戶，所述二級用戶SU為異構二級用戶；

步驟二，合作感知調度方案的初始化，即按照優化初始化方法初始化合作感知調度方案；

步驟三，根據優化最大化的原則調整合作感知調度方案，即在初始化合作感知調度方案的基礎上，根據系統具體情況，選擇按照集中調整法或多寡頭調整法調整合作感知調度方案；具體地，若網絡中基站之間為合作關系，服從統一調度，則按照集中調整法調整合作感知調度方案；若網絡中基站之間為競爭關系，需要協商以達成一致的合作感知調度方案，則按照多寡頭調整法調整合作感知調度方案；

步驟四，步驟三迭代直到調整后的合作感知調度方案相對調整前的合作感知調度方案無變化。

優選地，第二步中，使用非線性規劃問題模型建模，即在一個有N個PU和M個SU組成的認知無線電網絡中，每個SU在調度方案中只有N+1種狀態：對于每個SU，安排該SU在合作感知階段不進行感知，或者安排該SU感知探測N個PU中的其中一個。

優選地，在第二步中，優化初始化合作感知調度方案的方法為：對于每個SU，在忽略各主用戶PU準入機制的情況下，假設只有該SU參加感知，為該SU選定一個可令總效用最大化的PU作為初始的合作感知安排。