[发明专利]无线电网络吞吐量的频谱感知优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种无线网络技术领域的优化方法，具体是一种基于最大化 认知的无线电网络吞吐量的频谱感知优化方法。

背景技术

认知无线电是解决当前频谱资源稀缺问题的关键技术，在《认知无线电：智 能无线通信》(Cognitive radio：brain-empowered wireless communications， Haykin S.JSAC 2005.2005.201-220)中指出，频谱资源稀缺问题的产生并不是由 于物理频谱本身不能满足当前通信业务的需要，而是由于当前采用的静态频谱分 配方式导致频谱利用率的严重不足。认知无线电允许次用户动态的感知频谱利用 信息，智能地找到并接入空闲的可用频谱，从而极大地提高了频谱利用率。

频谱感知策略是认知无线电的一个重要保证技术。受硬件资源和时效性所 限，次用户往往不可能对所有的授权信道进行频谱感知，因此，如何制定一种频 谱感知策略使得次用户能在多个信道中选择最好的信道进行感知具有非常重要 的意义。目前，对频谱感知策略的研究主要分为两类：单用户情形和多用户情形。

在单用户情形下，感知策略只考虑单个次用户的最优频谱选择感知方案，而 不考虑多个次用户之间的相互影响。参考文献“多信道机会接入下近视感知的最 优性”(Optimality of myopic sensing in multi-channel opportunistic  access，Javidi T，Krishnamachari B，Zhao Q，Liu M.ICC 2008.2008.2107-2112) 对按马尔科夫过程变化的随机信道提出了近视准则的最优感知方案。次用户在每 个时隙选择最有可能处于空闲状态的信道进行感知，而不考虑当前的感知会对未 来信道的空闲概率所产生的影响。上述文献证明在单用户场景下，这种最优化眼 前利益的策略可以在某些条件下保证次用户在整个感知过程中获得最大的信道 利用率。但是，该策略仅对单用户有效，在多用户场景下，采用该策略将导致所 有次用户每个时隙均选择同一信道进行感知，从而产生严重的冲突并最终导致每 个时隙只能有一个次用户可以接入信道。

经过对现有技术的检索发现，《HC-MAC：一种硬件受限的认知无线电MAC协议 及其频谱管理的有效》(HC-MAC：a hardware-constrained cognitive MAC for  efficient spectrum management，Jia J，Zhang Q，Shen X.JSAC 2008.2008.106-117) 记载了一种考虑在多信道感知问题中，次用户应当在何时选择终止感知过程，并 开始传输数据的方法，该技术对这一问题予以数学建模，给出了最优停止策略模 型，并用动态规划的方法给予解决，同时也给出了具体的MAC实现协议。同样， 该协议在推广到多用户场景时，会导致所有次用户均选择同一个信道进行频谱感 知，并选择在同一个时隙终止感知，从而产生严重的冲突，因此仅适合单次用户 场景。

在多用户情形下，频谱感知策略需要考虑不同次用户之间决策的相互影响。 目前已有的研究大多停留在不同次用户以合作方式进行频谱感知，即为避免多个 次用户感知同一信道而产生冲突，次用户之间互相合作，以求达到网络吞吐量的 最大化。

又经对现有技术的检索发现，《一种保证QoS的基于跨层设计的机会接入认 知无线电MAC协议》(Cross-layer based opportunistic MAC protocols for QoS  provisionings over cognitive radio wireless networks，Su H，Zhang X.JSAC 2008.2008.118-129)提出两种感知策略：随机化非合作感知和无冲突合作感知， 并对这两种策略给出了具体的MAC协议并予以建模分析；另外《多用户多信道机 会感知的随机接入策略》(Randomized strategies for multi-user  multi-channel opportunity sensing，Liu H，Krishnamachari B.CCNC 2008)进 一步提出最大化频谱利用率的合作感知方法，建立了最优二部图匹配模型并以匈 牙利算法予以求解。但是该方法需要中心控制器集中式的完成频谱感知分配过 程，缺少分布式实现机制，不适合用于大规模的认知无线电网络。

综上所述，现阶段多用户合作频谱感知存在以下技术问题有待改进：