[发明专利]分簇自组织网络中一种基于市场的频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别用于认知Ad Hoc网络中基于市场的三级频谱分配实现方案，属于通信技术领域。

背景技术

近年来，随着无线通信业务的广泛发展，频谱资源出现了日趋匮乏的现象，其主要原因是无线频谱接入技术的不合理利用，即现有的无线通信系统均采用低效率的固定信道分配策略。认知无线电被认为是解决该问题最行之有效的新技术之一它允许认知用户在不影响频带内合法用户正常通信的前提下共享该频段。

动态频谱分配技术是认知无线网络设计的重要组成部分，对实现无线频谱的二次利用和提高无线频谱利用率起着至关重要的作用。在认知无线电网络中，由于无线频谱资源时间、空间的变化特性，认知用户移动导致网络拓扑变化等，认知用户的频谱分配不能再按照传统的方式进行。

自组织(Ad Hoc)网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时自组织系统，可以通过无线连接构成任意形式的网络拓扑。Ad Hoc网络的独立组网、无中心结构、自组织、动态拓扑、多跳路由等许多优良特性为它在民用通信和军事通信领域占据一席之地提供了有利的保证。从共享无线信道的角度来看，Ad Hoc网络降低了信号冲突的概率，提高了信道利用率，低功率的无线电波减少了被截获和窃听的概率。

Ad Hoc网络作为一种特殊的多跳移动网络，可以采用平面结构或分级结构。在网络规模较大并且需要提供一定的QoS支持时，需要采用分级结构。而分级结构常常是通过分簇来实现，即通过将网络节点划分成若干个簇，每个簇通常由一个簇首和多个普通节点组成。网络由所有移动节点共同维护，它们的能力和能量均受限，并且链路质量是时变的，因此Ad Hoc网络的资源管理较为复杂。

基于分簇算法的分簇结构对于提高分布式认知无线电网络的性能有着重要的意义，使用分簇结构既有利于移动管理、资源分配，还可以比较方便地采用结合先验式和后验式优点的混合式路由，分布式认知无线电网络中分簇机制的优点可归纳如下：

(1)簇成员直接将信息传送至簇首，避免了簇内泛洪，多跳等各种路由策略，以及路由回路的产生，从而节省了网络能量。

(2)簇首的数量远小于网络中的总的节点用户数，所以在少量簇首组成的主干网中节省了均向BS发送消息所消耗的频谱资源，也避免了相当一部分频率干扰，节省了能量。

(3)是解决网络可扩展性的有效手段，因为簇内节点的变化情况不会影响整个主干网络，重组只在簇内产生，在重新分簇中可尽量避免簇首的更换。

(4)便捷有效的节能方案，节点传输信息的代价远高于计算，因此将节点组织成簇可以大大降低节点间的信息传输量，有利于节省能量损耗并延长网络生命周期。

(5)分簇结构使网络灵活性增加，认知网络中的簇节点、簇首和BS构成的主干网可以基于不同的目标优化函数，采用不同的分配规则来分配频谱，从而使网络更加灵活有效。

但是，分簇算法本身会带来计算、通信和维护开销，为了减少分簇算法的负面影响，必须提高分簇算法的性能，特别是减少通信和维护开销。移动主机的CPU的计算和处理能力发展很快，因此并不需要过多考虑计算开销，而频谱是分布式网络中最宝贵的资源，因此频谱分配是分簇后需要解决的主要问题之一。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在于提供一种认知分簇Ad Hoc网络中基于市场的三级频谱分配方法，该方法中簇首节点依据业务比例从频谱管理中心购买频谱，簇内采用基于供需市场理论的频谱分配算法。该方法中的迭代定价方案能在良好的收敛情况下实现各簇收益的最大化，同时各簇首节点基于需求的频谱购买相对于等量购买进一步提高了频谱效用。

技术方案：本发明提供一种分簇Ad Hoc网络中基于市场的三级频谱分配方法，主用户小区范围内，各簇首依据业务比例从主用户购买频谱，簇内频谱的分配则采用基于供需市场理论的迭代定价算法，以实现各簇总收益的最大化，发明中提出两种可用的收敛性能较佳的迭代定价算法，此方案兼顾了公平性及系统的频谱使用效益。

该方法中簇首节点依据业务比例从频谱管理中心购买频谱，簇内采用基于供需市场理论的频谱分配算法，该方法包括以下步骤：

a.频谱管理中心根据主用户频谱使用情况，实时地更新当前的空闲频谱信息；