[發明專利]一種基于NS3的高動態電磁頻譜認知管理系統及其方法

在審

• 申請號: 201710574102.8
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107566062A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 崔翠梅;楊德智;汪一鳴;朱錫芳
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04W16/10;H04W16/22
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 李小靜

技術領域

本發明涉及認知無線電、認知網絡技術領域，具體涉及一種基于NS3的高動態電磁頻譜認知管理系統及其方法。

背景技術

未來智慧城市通過物聯網、云計算等新一代信息技術實現全面透徹的感知、寬帶泛在的互聯、智能融合的應用，這勢必對無線頻譜資源和帶寬提出了更高的需求，然而有限的無線頻譜資源已無法滿足此需求。而認知無線電(Cognitive Radio，CR)技術的提出為緩解頻譜稀缺問題提供了新的解決方案。認知用戶(Cognitive Radio users，CRs)自適應地感知周圍目標授權頻段，在不影響主用戶(Primary Users，PUs，也稱授權用戶)正常通信的情況下，對授權頻譜在空間、時間、頻率等多維度上進行見縫插針的“二次利用”，以提高頻譜資源復用率。

CR的功能及可用頻譜的高動態性決定了其網絡模擬仿真系統的復雜性，這給研究者帶來很大挑戰。特別是對于移動認知網絡(Mobile Cognitive Radio Networks,MCRNs)，情況更為復雜。目前，關于CRs仿真系統的設計和實現方面，國內外研究還較少，主流的開發平臺為OPNET，OMNeT++，NS2等。一些資料利用OPNET工具仿真分析了所提的認知無線電媒體接入(medium access control，MAC)層協議。另一些資料利用OMNeT++工具提出一個CR仿真擴展模塊，模塊中各節點配有多個評估MAC層協議的接口。還有一些資料，利用NS2設計了一個認知無線電認知網絡(Cognitive Radio Cognitive Network，CRCN)仿真擴展模塊，該擴展模塊提供了返回信息的應用程序接口APIs、多射頻多信道的節點和信道切換機制。也有一些資料利用NS2研究了一個認知無線電擴展模塊CogNS，模塊中各CR節點配有一個用于感知PU活動情況的網絡接口，并根據所提頻譜判決算法推斷出可用空閑信道，但擴展模塊中的CR節點不支持多射頻。此外，上述資料的研究主要適用于靜態認知網絡，即CRs與PUs都是靜止的，尚不能準確模擬未來實際移動無線通信系統大規模、高動態、復雜異構的認知網絡環境。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種基于NS3的高動態電磁頻譜認知管理系統及其方法，其中的MCRE-NS3擴展模塊適合大規模的高動態復雜認知無線網絡模擬，可以實現電磁頻譜智能感知，主用戶檢測，頻譜智能切換這樣的功能，并可在此基礎上進一步擴展新的功能。

為了克服現有技術中的不足，本發明提供了一種基于NS3的高動態電磁頻譜認知管理系統及其方法的解決方案，具體如下：

一種基于NS3的高動態電磁頻譜認知管理系統，包括MCRN網絡，所述MCRN網絡包括M個主用戶組成的主用戶群PUs、N個認知用戶組成的認知用戶群CRs和一個認知用戶融合中心；

所述M個主用戶組成的主用戶群PUs與N個認知用戶組成的認知用戶群CRs共享C個正交授權信道；

所述M個主用戶組成的主用戶群PUs、N個認知用戶組成的認知用戶群CRs與所述認知用戶融合中心之間相通信連接；

每個所述認知用戶CR中包括有MCRE-NS3擴展模塊，所述MCRE-NS3擴展模塊中包括四個子模塊，所述四個子模塊分別為頻譜智能感知模塊、頻譜決策模塊、頻譜智能切換模塊和頻譜共享模塊。

進一步地，所述頻譜智能感知模塊用來負責感知某段時間、某一空間的主用戶PU是否占用某一授權信道，根據所加載的靜態主用戶PU數據庫推測主用戶PU的活動狀態，所述主用戶PU的活動狀態包括啟用狀態ON或禁用狀態OFF。

進一步地，所述頻譜智能感知模塊用來負責感知某段時間、某一空間的主用戶PU是否占用某一授權信道的方式為兩種,分別為獨立感知方式和協同感知方式：

所述獨立感知方式為在某一信道c處在空閑狀態H₀或被主用戶PU占用的狀態H₁的條件下，第j個認知用戶CR_j(j＝1,2,...,N)接收到第i個主用戶PU_i(i＝1,2,...,M)的信號表達式分別為公式(1)所示：

其中代表第i個主用戶PU_i的發射信號在CR_j處的接收信號強度，w(n)為高斯白噪聲，i、j與n均為自然數，第j個認知用戶CR_j接收到第i個主用戶PU_i的發射信號的平均功率為：