專利名稱：認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的用戶信道接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種認知無線電網(wǎng)絡(luò)中非授權(quán)用戶的信道接入方法。
背景技術(shù)：
認知無線電技術(shù)是一項提高頻譜利用率的有效方法，它允許非授權(quán)用戶主動感知頻譜，并臨時使用授權(quán)用戶暫時未占用的空白頻譜。當授權(quán)用戶出現(xiàn)并要求使用該頻譜時， 非授權(quán)用戶需要釋放其占用的頻譜。對于非授權(quán)用戶這種臨時占用頻譜的工作方式，通常有兩種情況影響其工作。一種情況是，如果一個授權(quán)用戶想使用被一個非授權(quán)用戶已經(jīng)占用的頻道，而該非授權(quán)用戶又找不到其它可用的空閑頻道，該非授權(quán)用戶不得不中斷其正在進行的業(yè)務(wù)。而一旦該非授權(quán)用戶的業(yè)務(wù)中斷，則造成一些資源，包括能量、頻率等的浪費，以及該非授權(quán)用戶服務(wù)質(zhì)量的降低。另一種情況是，當所有的頻道都被占用，則一個新到的非授權(quán)用戶被阻止接入，即它得不到服務(wù)。為了描述非授權(quán)用戶的服務(wù)質(zhì)量，人們定義了認知服務(wù)質(zhì)量等級(GoS)，該指標由非授權(quán)用戶中斷概率和阻止概率聯(lián)合決定。在一定頻譜下，當給定授權(quán)用戶業(yè)務(wù)負載以及非授權(quán)用戶業(yè)務(wù)負載時，可以計算非授權(quán)用戶的GoS指標。考慮到在實際應(yīng)用中，不同非授權(quán)用戶可能具有不同的業(yè)務(wù)類型。各業(yè)務(wù)類型對時延的要求不同。例如語音業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)等，具有較高的實時性要求；而對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則實時性要求較低。對于一個正在進行非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，如果當前時刻被其它用戶(包括授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶)打斷、 且其頻譜被其它用戶占用，只要在其容忍的時延范圍內(nèi)提供新的接入信道，則可認為該非授權(quán)用戶沒有被中斷。同樣，對于一個準備進行非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，如果當前沒有可分配的信道，但只要能夠在其容忍的時延范圍內(nèi)提供接入信道，則可認為該非授權(quán)用戶沒有被阻止接入。由此可見，只要在該非實時性業(yè)務(wù)容忍的時延范圍內(nèi)，提供非授權(quán)用戶的接入信道，則其中斷概率和阻止概率均不會增加。基于這一情況，如何針對非授權(quán)用戶的不同業(yè)務(wù)特點，選擇合適的時延來為不同非授權(quán)用戶提供接入信道，使得非授權(quán)用戶的阻止概率和中斷概率同時降低，從而達到改善整個非授權(quán)用戶的GoS指標，成為一個值得研究的問題。現(xiàn)有非授權(quán)用戶頻譜分配方法如下(1)在文獻W. Ahmed, J. Gao, H. A. Suraweera,M. Faulkner. "Comments on Analysis of Cognitive Radio Spectrum Access with Optimal Channel Reservation,” IEEE Transactions on Wireless Communications，2009 中，作者提出了一種預(yù)留信道的方法， 有效降低了非授權(quán)用戶的中斷概率，然而該方法增大了非授權(quán)用戶的阻止概率。(2)在文獻Y. Zhang. “Dynamic spectrum access in cognitive radio wireless networks，，，in IEEE International Conference on Communications, May 2008 中，作者提出了一種緩存機制，顯著降低了非授權(quán)用戶的阻止概率，但是該方法增大了非授權(quán)用戶的中斷概率。由此可見，現(xiàn)有方法通常只能單方面降低非授權(quán)用戶的中斷概率或者阻止概率，不能實現(xiàn)整個GoS指標的改善。而且，現(xiàn)有方法沒有針對各非授權(quán)用戶對不同時延的要求， 進行合理分配接入信道，因而使得整個非授權(quán)用戶的GoS指標受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種認知無線電網(wǎng)絡(luò)的用戶信道接入方法，該方法可同時降低多種業(yè)務(wù)下的非授權(quán)用戶中斷概率和阻止概率，從而有效改善非授權(quán)用戶的GoS指標。認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的用戶信道接入方法，具體為判別當前是否有空閑信道；若當前沒有空閑信道，則判別是否有非授權(quán)用戶占用信道；若有非授權(quán)用戶占用信道，則判別新用戶所屬類型；若新用戶為授權(quán)用戶，則新用戶選擇一個非授權(quán)用戶U0的占用信道；判別非授權(quán)用戶U0是否為正在執(zhí)行實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶；若非授權(quán)用戶Utl是正在執(zhí)行實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，則判別是否有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道；若有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道，則非授權(quán)用戶Utl選擇進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U1的占用信道；判別緩存隊列是否滿；若緩存隊列未滿，則非授權(quán)用戶U1進入緩存隊列等待，若緩存隊列滿，則非授權(quán)用戶U1被中斷。進一步地，還包括步驟在判別新用戶所屬類型時，若新用戶為進行實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，則判別是否有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道；若有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道，則新用戶選擇進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U2的占用信道；判別緩存隊列是否滿；若緩存隊列未滿，則非授權(quán)用戶U2進入緩存隊列等待，若緩存隊列滿，則非授權(quán)用戶U2被中斷。進一步地，還包括步驟在判別新用戶所屬類型時，若新用戶為進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，則判別緩存隊列是否滿；若緩存隊列未滿，則新用戶進入緩存隊列等待，若緩存隊列滿，則新用戶被阻止接入。進一步地，還包括步驟若當前有空閑信道，則新用戶選擇一個空閑信道。進一步地，還包括步驟在判別是否有非授權(quán)用戶占用信道時，若沒有非授權(quán)用戶占用信道，則新用戶被阻止接入。進一步地，還包括步驟在判別是否有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道時，若沒有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用信道，則非授權(quán)用戶Utl被中斷。本發(fā)明所述的方法是一種認知無線電網(wǎng)絡(luò)中非授權(quán)用戶的信道接入方法，該方法針對非授權(quán)用戶不同的業(yè)務(wù)時延要求，對實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶進行優(yōu)先分配信道，而對非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶進行緩存處理，這樣保證在盡量不中斷非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶通信的同時，盡量減小實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶的中斷概率和阻止概率，從而提高整個非授權(quán)用戶的GoS服務(wù)質(zhì)量指標。


圖1是授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶信道占用示意圖；
具體實施例方式本發(fā)明提供的認知無線電網(wǎng)絡(luò)中非授權(quán)用戶的信道接入方法，設(shè)整個認知網(wǎng)絡(luò)的工作頻段共有N個信道，首先建立一個長度為K的緩存隊列。新用戶分為授權(quán)用戶、進行實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶和進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶。圖1給出授權(quán)用戶、實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶以及非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶之間信道占用的關(guān)系圖。首先判別當前是否有空閑信道，若當前有空閑信道，則新用戶選擇一個空閑信道， 若當前沒有空閑信道，則判別是否有非授權(quán)用戶占用信道，若沒有非授權(quán)用戶占用信道，則新用戶被阻止接入，若有非授權(quán)用戶占用信道，則判別新用戶所屬類型(1)當新用戶為授權(quán)用戶新用戶選擇一個非授權(quán)用戶U0占用的信道，該非授權(quán)用戶Utl放棄該信道。放棄信道的非授權(quán)用戶Utl，如果其正在進行的是非實時性業(yè)務(wù)，則該用戶尋找當前頻段上其他空閑信道進行接入；如果當前頻段上沒有空閑信道，并且緩存隊列未滿，則該用戶暫時掛起其業(yè)務(wù)，并將其用戶號放入緩存隊列中；如果當前頻段上沒有空閑信道，并且緩存隊列已滿，則該用戶中斷其業(yè)務(wù)。放棄信道的非授權(quán)用戶Utl，如果其正在進行的是實時性業(yè)務(wù)，則該用戶尋找當前頻段上其他空閑信道進行接入；如果當前頻段上沒有空閑信道，并且也沒有被非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用的信道，則該用戶的業(yè)務(wù)被中斷；如果當前頻段上沒有空閑信道，但是有被進行非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用的信道，該用戶從這些信道中隨機選擇一個U1進行占用，而被占用的非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U1則放棄該信道。如果此時緩存隊列未滿， 則該被占用的進行非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U1將其進行的業(yè)務(wù)掛起，并將其用戶號放入緩存隊列中；否則，中斷其業(yè)務(wù)。(2)當新用戶為進行實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶判別是否有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道，若有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道，則新用戶選擇進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U2的占用信道。而被占用的非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U2則放棄該信道。如果此時緩存隊列未滿，則該被占用的進行非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U2將其進行的業(yè)務(wù)掛起，并將其用戶號放入緩存隊列中；否則，中斷其業(yè)務(wù)。(3)當新用戶為進行非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶時判別緩存隊列是否滿，若緩存隊列未滿，則新用戶將其進行的業(yè)務(wù)掛起，并將其用戶號放入緩存隊列中；否則，新用戶被阻止接入。
當一個正在占用信道的授權(quán)用戶、或者非授權(quán)用戶完成其業(yè)務(wù)時，則所占用的信道釋放。如果緩存隊列中有用戶號，則最早的用戶號對應(yīng)的用戶將被分配該釋放的信道，并且在緩存隊列中刪掉該用戶號；如果隊列中沒有用戶號，則不做操作。如果用戶號在緩存隊列中存放的時間，超過門限T，則該用戶號被丟棄，所對應(yīng)的用戶則被中斷。下面通過借助實施例更加詳細地說明本發(fā)明，但以下實施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護范圍并不受這些實施例的限制。實施例1、假設(shè)整個工作頻段有10個信道，當前時刻被授權(quán)用戶占用了 3個，被實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用了 3個，被非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用了 4個。緩存隊列最大長度L為3，當前長度為2。2、假設(shè)當前有一新的授權(quán)用戶需要接入信道，由于當前沒有空閑信道，因此該授權(quán)用戶從7個非授權(quán)用戶占用的信道中隨機選擇一個進行占用。假設(shè)其選擇的是實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用的信道，則該非授權(quán)用戶放棄信道，并將在4個非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用的信道中隨機選擇一個進行占用。而被占用信道的非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶放棄信道，并掛起自己的業(yè)務(wù)，同時將自己的用戶號放入緩存隊列中。3、假設(shè)此時又有一新的實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶需要接入信道，由于當前沒有空閑信道，因此該用戶從當前3個非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用的信道中隨機選擇一個進行占用。而被占用信道的非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶放棄信道，并且由于當前緩存隊列已滿而中斷自己的業(yè)務(wù)。4、假設(shè)接著又有一新的非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶需要接入信道，由于當前仍然沒有空閑信道，且緩存隊列已滿，所以該用戶被阻止接入。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的用戶信道接入方法，具體為 判別當前是否有空閑信道；若當前沒有空閑信道，則判別是否有非授權(quán)用戶占用信道； 若有非授權(quán)用戶占用信道，則判別新用戶所屬類型； 若新用戶為授權(quán)用戶，則新用戶選擇一個非授權(quán)用戶U0的占用信道； 判別非授權(quán)用戶Utl是否為正在執(zhí)行實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶；若非授權(quán)用戶U0是正在執(zhí)行實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，則判別是否有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道；若有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道，則非授權(quán)用戶Utl選擇進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用Pu1的占用信道； 判別緩存隊列是否滿；若緩存隊列未滿，則非授權(quán)用戶U1進入緩存隊列等待，若緩存隊列滿，則非授權(quán)用戶U1 被中斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶信道接入方法，其特征在于，還包括步驟在判別新用戶所屬類型時，若新用戶為進行實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，則判別是否有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道；若有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道，則新用戶選擇進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶U2的占用信道； 判別緩存隊列是否滿；若緩存隊列未滿，則非授權(quán)用戶U2進入緩存隊列等待，若緩存隊列滿，則非授權(quán)用戶U2 被中斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶信道接入方法，其特征在于，還包括步驟在判別新用戶所屬類型時，若新用戶為進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶，則判別緩存隊列是否滿；若緩存隊列未滿，則新用戶進入緩存隊列等待，若緩存隊列滿，則新用戶被阻止接入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶信道接入方法，其特征在于，還包括步驟 若當前有空閑信道，則新用戶選擇一個空閑信道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶信道接入方法，其特征在于，還包括步驟在判別是否有非授權(quán)用戶占用信道時，若沒有非授權(quán)用戶占用信道，則新用戶被阻止接入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用戶信道接入方法，其特征在于，還包括步驟在判別是否有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶正在占用信道時，若沒有進行非實時業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶占用信道，則非授權(quán)用戶隊被中斷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種認知無線電網(wǎng)絡(luò)的用戶信道接入方法，該方法優(yōu)先保證授權(quán)用戶，再針對非授權(quán)用戶不同的業(yè)務(wù)時延要求，對實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶進行優(yōu)先分配信道，而對非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶進行緩存處理，這樣保證在盡量不中斷非實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶通信的同時，盡量減小實時性業(yè)務(wù)的非授權(quán)用戶的中斷概率和阻止概率，從而提高整個非授權(quán)用戶的GoS服務(wù)質(zhì)量指標。
文檔編號H04W74/04GK102355740SQ201110306480
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者余亮, 江濤, 郭鵬 申請人:華中科技大學