[發明專利]基于認知無線電的應急通信網絡的頻譜接入方法

有效

• 申請號: 202010143713.9
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111327376B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 張士兵;陳家俊;張碩;郭莉莉;陳永紅
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H04B17/30
• 分類號: H04B17/30;H04B17/382;H04W4/90;H04W16/14;H04W84/18
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安

本發明公開了一種基于認知無線電的應急通信網絡的頻譜接入方法，包括構建基于認知無線電的應急通信網絡，將災區空域內的所有認知應急用戶作為網絡節點，構成包含若干個信道、若干個授權用戶和若干個認知應急用戶的自組織認知無線電的應急通信網絡；其中，授權用戶數和認知應急用戶數均不大于信道數；本發明方法通過臨時搭建應急通信網絡，方便迅速、簡單可行、可靠性高，不受基礎設施影響，確保災區的數據信息傳輸；同時以災區空域內所有可用頻譜作為網絡頻譜資源，系統容量大，滿足突發應急場景下數據通信業務急劇增長的需求。另外對應急用戶采用分類管理的方式進行頻譜接入管理，網絡不會癱瘓或過載，確保了重大數據信息的及時、可靠傳輸。

技術領域

本發明涉及應急通信網絡及其頻譜接入方法，更為具體地說涉及一種基于認知無線電的應急通信網絡的頻譜接入方法。

背景技術

一旦發生自然災害(如地震、洪水)或人為災害(如恐怖襲擊、重大事故)，現場緊急營救人員之間穩定可靠的高速數據以及無線多媒體通信(如語音、圖像、直播視頻流等)，對于有效展開和協調各種救援、恢復工作是至關重要的。具有互操作的常規通信系統往往由于其基礎設施在重大災害時遭到破壞，很容易陷入網絡癱瘓或網絡過載，無法滿足應急場景下呈指數級增長的突發業務需求。而一些專用網絡在緊急通信期間業務容易過載。

認知無線電具有對自身環境的感知能力、對環境變化的學習自適應能力、對頻譜資源的挖掘能力和系統功能模塊的可重構能力，在無線通信領域得到了廣泛青睞。將認知無線電技術引入應急通信網絡中構建認知應急通信網絡，可使得應急通信網絡容易滿足緊急場景下應急通信系統的高度可重構性、業務突發性、傳輸可靠性、范圍覆蓋性等需求。但是，應急通信網絡工作在復雜多變的環境，節點眾多，緊急救援人員工作地理位置快速移動，使得應急通信網絡的頻譜接入呈現復雜多變的動態特征。如何構建基于無線電的應急通信網絡，使得應急通信用戶能夠有效接入應急通信網絡，可靠快速傳輸相關數據信息，是一個尚未解決的難題。

發明內容

為解決上述難題，本發明提出一種基于認知無線電的應急通信網絡的頻譜接入方法，該方法技術方案如下：

一種基于認知無線電的應急通信網絡的頻譜接入方法，包括：

構建基于認知無線電的應急通信網絡，將災區空域內的所有認知應急用戶作為網絡節點，構成包含若干個信道、若干個授權用戶和若干個認知應急用戶的自組織認知無線電的應急通信網絡；其中，授權用戶數和認知應急用戶數均不大于信道數；

對所有認知應急用戶進行特急認知用戶、緊急認知用戶和普通認知用戶的三個等級劃分；

根據認知應急用戶的等級分別進行網絡頻譜接入：

對于特急認知用戶，如果網絡中有空閑信道，則采用Overlay方式接入信道噪聲最小的空閑信道，接入的最大可傳輸速率為V₁；如果網絡中沒有空閑信道，則采用Underlay方式接入信道噪聲最小的信道，并與授權用戶共享信道，接入的最大可傳輸速率為V₂；

對于緊急認知用戶，如果網絡中有空閑信道，則采用Overlay方式接入信道噪聲最小的空閑信道，接入的最大可傳輸速率為V₃；如果網絡中沒有空閑信道，則采用Underlay方式接入信道噪聲最小的信道，并與授權用戶共享信道，接入的最大可傳輸速率為V₄，且緊急認知用戶在第n個信道中的發射功率P_Un須滿足約束P_Un≤I_n；

對于普通認知用戶，如果網絡中有空閑信道，則采用Overlay方式接入信道噪聲最小的空閑信道，接入的最大可傳輸速率為V₅,；如果網絡中沒有空閑信道，則不能接入信道，保持等待直到有空閑信道出現，其中：