[發明專利]異構網絡融合場景下的聯合式動態頻譜分配方法

有效

• 申請號: 201310731540.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103648168B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 朱思峰;柴爭義;沈連豐;陳國強;王朝君
• 申請（專利權）人: 周口師范學院;東南大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

1.異構網絡融合場景下的聯合式動態頻譜分配方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）使用統一的異構網絡頻譜資源特征描述和表達方法，將各個無線通信網絡的頻譜資源匯集為一個矢量頻譜資源庫；

（2）對矢量頻譜資源庫，按照“先優化網間頻譜分配，在優化網間頻譜分配后，再對網內頻譜進行二次優化”的頻譜分配優化策略，建立聯合式動態頻譜分配通用模型；

（3）使用人工智能方法求解聯合式動態頻譜分配通用模型，獲得最優的聯合式動態頻譜分配方案；

（4）在仿真環境下，對求出的聯合式動態頻譜分配方案進行驗證、評估，獲取評估數據，修正聯合式動態頻譜分配通用模型的相關參數，獲得聯合式動態頻譜分配優選模型；

（5）求解聯合式動態頻譜分配優選模型，獲得最終的聯合式動態頻譜分配方案。

2.根據權利要求1所述的異構網絡融合場景下的聯合式動態頻譜分配方法，其特征在于：所述步驟（1）中，統一的異構網絡頻譜資源特征描述和表達方法為：將無線頻譜資源和用戶需求用廣義矢量資源空間網格中的矢量表示，首先根據頻譜資源分布，建立頻譜資源使用約束條件，將矢量資源劃分為可用矢量資源、已用矢量資源和禁用矢量資源，將頻譜資源使用的決策轉化為可用矢量資源和資源需求矢量匹配的過程。

3.根據權利要求1或2所述的異構網絡融合場景下的聯合式動態頻譜分配方法，其特征在于：所述步驟（1）中，統一的異構網絡頻譜資源特征描述和表達方法，具體包括如下步驟：

（1a）設無線通信網絡擁有的頻譜資源為R，所述頻譜資源R由n個連續信道組成，記R＝r₁r₂r₃…r_i…r_n；

（1b）設在時間周期T內，頻譜資源R的各個信道的狀態是恒定的，則在該時間周期T內，信道r_i在t時段內的狀態只有空閑和被占用兩種狀態，t＜＜T，記為：

（1c）將頻譜資源R特征描述抽象為以下三元組：

R＝＜ID(R),SA(R),DA(R)＞

ID(R)為頻譜資源R的全局唯一標識符；

SA(R)為頻譜資源R的靜態信息描述集；

DA(R)為頻譜資源R的動態信息描述集。

4.根據權利要求3所述的異構網絡融合場景下的聯合式動態頻譜分配方法，其特征在于：

SA(R)＝{主用戶信息,主用戶的資源再分配偏好，信道數目}

主用戶信息：頻譜資源R的屬主信息；

主用戶的資源再分配偏好：當次用戶申請使用頻譜資源R的空閑信道時，頻譜資源R的屬主對自己空閑資源的再分配策略；

信道數目：頻譜資源R所包含的信道數目；

DA(R)＝{信道狀態描述，最大空閑信道塊}

信道狀態描述：頻譜資源R的各個信道在t時段內的空閑情況，記為

最大空閑信道塊：頻譜資源R的最大連續空閑信道塊。

5.根據權利要求1所述的異構網絡融合場景下的聯合式動態頻譜分配方法，其特征在于：所述步驟（2）中，“先優化網間頻譜分配，在優化網間頻譜分配后，再對網內頻譜進行二次優化”的頻譜分配優化策略，網間動態頻譜分配按照是否有統一的中心控制模塊分為：網間集中式動態頻譜分配和網間分布式動態頻譜分配，網內動態頻譜分配按照各個次用戶之間是否進行協商分為：網內合作式動態頻譜分配機制和網內非合作動態頻譜分配機制；所述網內合作式動態頻譜分配機制是指同一類型網絡中，各個次用戶間通過協商來進行動態頻譜分配；所述網內非合作動態頻譜分配機制是指同一類型網絡中，各個次用戶間不通過協商，而是基于已經規定好的規則來進行動態頻譜分配。

6.根據權利要求1或5所述的異構網絡融合場景下的聯合式動態頻譜分配方法，其特征在于：所述步驟（2）中，“先優化網間頻譜分配，在優化網間頻譜分配后，再對網內頻譜進行二次優化”的頻譜分配優化策略，具體包括如下步驟：

（2a）設整個異構網絡系統的總頻譜資源為A，在該異構網絡中存在m個無線通信網絡，第j個無線通信網絡按照通信政策獲得比例為w_j的授權頻譜資源為R_j，即：

Σj=1mRj=A,Σj=1mwj=1,wj·A=Rj]]>

（2b）設在時間周期θ內，每個無線通信網絡所獲得的授權頻譜資源是恒定的，在該時間周期θ內，授權頻譜資源分配的函數記為f(A)，頻譜資源在每個無線通信網絡中的分配情況為：f(A)＝＜w₁,w₂,...,w_j,...,w_m＞；

（2c）在該時間周期θ用盡前，檢測各個無線通信網絡的頻譜利用率，進行網間動態頻譜分配：對頻譜利用率低于設定閾值Φ₁的無線通信網絡，回收期獲得的授權頻譜資源的一部分，將回收的頻譜資源重新分配給頻譜利用率高于設定值Φ₂的無線通信網絡；

網間動態頻譜分配的分配原則為：僅在相鄰無線通信網絡間進行頻譜的重新分配，即：若第i個無線通信網絡的頻譜利用率低于設定閾值Φ₁，第i+1個無線通信網絡的頻譜利用率高于設定閾值Φ₂，則把第i個無線通信網絡的頻譜資源w_i·(1-Φ₁)分配給無線通信網絡i+1；

將網間頻譜資源重新分配的函數記為g(f(A))，獲得的下一個時間周期θ的頻譜資源在每個無線通信網絡中的分配情況為：g(f(A))＝＜g(w₁),g(w₂),...,g(w_j),...,g(w_m)＞；其中，Φ₂≥Φ₁；

（2d）在時間周期θ內的一個小的時間周期T內，T＜＜θ，利用認知無線電技術動態感知每個頻譜資源的利用情況；設第j個無線通信網絡的頻譜資源R_j的各個信道在t時段內的信道狀態描述記為t＜＜T，n為頻譜資源R_j的信道個數；某主用戶擁有的空閑頻譜段為1＜s≤v＜n，此時該頻譜段的信道狀態描述記為在當前時間周期T用盡前，某次用戶通過網內動態頻譜分配機制獲取該主用戶的空閑頻譜段的使用權，此時該頻譜段的信道狀態描述變換成網內頻譜資源重新分配的函數記為h(Rj)=h(XRjt)=h(xrj1txrj2t...xrjnt);]]>

（2e）綜合步驟（2c）和步驟（2d）獲得聯合式動態頻譜分配模型通用模型如下：

θ:gAθ→g(f(A))]]>

g(f(A))＝＜g(w₁),g(w₂),...,g(w_j),...,g(w_m)＞

T:hAT→h(Rj)]]>

h(Rj)=h(XRjt)=h(xrj1txrj2t...xrjnt)]]>

上述模型是一個與時間有關的雙層優化模型，上下層優化模型通過時間周期T和θ建立關聯：上層實現網間動態頻譜資源優化，主要優化每個無線通信網絡獲得的頻譜資源占總頻譜資源A的比例；下層實現網內動態頻譜資源優化，實現對主用戶的授權頻譜資源的空閑頻段進行二次分配。