認知網(wǎng)絡中采用頻譜分配的擁塞控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領域，更具體的設及一種認知網(wǎng)絡中的擁塞控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信技術的快速發(fā)展，對無線頻譜資源的需求不斷增加，使得無線頻譜 資源變得十分稀缺。在現(xiàn)行的靜態(tài)頻譜分配政策下，某些特定頻段已經(jīng)非常擁擠，幾乎很難 再提供新的頻譜資源。與此同時，很多已授權的頻譜使用效率低，大部分頻譜的利用率不足 5%，存在著大量頻譜空洞。因此，提高授權頻譜的利用效率是當前無線通信領域亟需解決的 問題。無線認知網(wǎng)絡的出現(xiàn)，有效的解決了上述問題。無線認知網(wǎng)絡中的認知用戶通過實 時感知外部頻譜的使用情況，發(fā)現(xiàn)并利用空閑的授權頻譜進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)頻譜資源的 動態(tài)共享。
[0003] 在認知無線網(wǎng)絡中存在兩類用戶；主用戶（PU，primaryuser)和認知用戶（CU， cognitiveuser)。主用戶是在指定頻譜上的授權用戶；認知用戶沒有任何頻譜使用授權， 只有當主用戶的頻譜出現(xiàn)空閑情況下，才能占用其頻譜通信。然而，在認知無線網(wǎng)絡環(huán)境 中，由于不同認知用戶的接入方式或發(fā)射功率不一定相同，處于同一授權頻譜覆蓋范圍內(nèi) 的多個認知用戶在接入和使用頻譜的過程中可能出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。同時，授權頻譜分配的先 后次序也將影響頻譜分配的最終結(jié)果。目前，已有部分研究針對認知無線電的頻譜分配過 程展開了討論，通過分析多個相互競爭的認知用戶之間的關系，將授權頻譜分配給滿足一 定條件的認知用戶使用。可W發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的頻譜分配算法在分配過程中主要W特定的目標 函數(shù)為指導，并未考慮認知用戶的擁塞狀況和頻譜分配過程的公平性。此類算法在分配過 程中W最大化目標性能為主導，可能將頻譜資源優(yōu)先分配給部分競爭力較強的認知用戶， 導致其他競爭力較弱的認知用戶由于可用頻譜被占用而出現(xiàn)擁塞；另外一些授權頻譜資源 由于沒有認知用戶接入而繼續(xù)空置，產(chǎn)生"餓死"現(xiàn)象。
[0004] 綜上可知，現(xiàn)有在認知網(wǎng)絡中解決擁塞的方法主要是基于頻譜分配來實現(xiàn)的，認 知用戶在接入授權頻譜的競爭過程中可能出現(xiàn)干擾，一些認知用戶由于長期競爭不到頻譜 可能出現(xiàn)擁塞，而現(xiàn)有的頻譜分配算法在頻譜分配的過程中并沒有考慮認知用戶自身的擁 塞狀況。如何準確的檢測認知用戶本身的擁塞狀況和公平的分配頻譜是擁塞控制亟需解決 的關鍵技術難題，也是目前所研究的熱口課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述認知用戶在接入授權頻譜的競爭過程中所產(chǎn)生的擁塞問題，本發(fā)明提出 了一種在認知網(wǎng)絡中采用頻譜分配的擁塞控制方法。認知節(jié)點通過監(jiān)測一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù) 傳輸率來檢測擁塞，若發(fā)生擁塞，則發(fā)送擁塞通告信息給管理節(jié)點，管理節(jié)點根據(jù)申請頻譜 的認知節(jié)點的擁塞度進行頻譜分配；擁塞節(jié)點獲得頻譜分配后，根據(jù)當前緩存長度來分配 擁塞解除周期，從而緩解擁塞。本發(fā)明提高了認知節(jié)點使用頻譜的公平性，并能有效減少碰 撞、降低丟包率和增加吞吐量。
[0006] 本發(fā)明提出一種認知網(wǎng)絡中采用頻譜分配的擁塞控制方法，在認知網(wǎng)絡中，認知 用戶通過占用授權用戶的空閑頻譜進行通信；在認知用戶中有一個管理節(jié)點，用來感知、分 配和管理頻譜；首先，認知節(jié)點依當前數(shù)據(jù)傳輸率判定擁塞度，并向管理節(jié)點發(fā)送攜帶擁 塞度的擁塞通告消息；然后，管理節(jié)點根據(jù)申請頻譜的認知節(jié)點的擁塞度來進行頻譜分配； 最后，認知節(jié)點獲得頻譜分配后，根據(jù)當前緩存長度來設定擁塞解除周期，并進入擁塞解除 過程，包括W下步驟： 步驟一、管理節(jié)點循環(huán)檢測網(wǎng)絡中全部授權用戶的工作頻譜，判斷授權用戶的工作頻 譜是否空閑，若授權用戶的頻譜空閑，則將此頻譜添加到可用頻譜表中； 步驟二、管理節(jié)點收到認知節(jié)點的通信請求后，若可用頻譜表不為空，則從表中分配頻 譜給認知節(jié)點，并將此頻譜添加到已用頻譜表中；否則，向認知節(jié)點發(fā)出拒絕響應信息； 步驟=、若認知節(jié)點需要通信，則向管理節(jié)點發(fā)出請求，當認知節(jié)點獲得管理節(jié)點的頻 譜分配后，使用從管理節(jié)點處獲得的頻譜與其它認知節(jié)點通信；若該頻譜的授權用戶需要 使用當前頻譜，則認知用戶退出該頻譜；否則，通信結(jié)束后退出該頻譜； 步驟四、認知節(jié)點周期性的計算平均數(shù)據(jù)傳輸率馬并根據(jù)當前平均數(shù)據(jù)傳輸率檢 測自身的擁塞狀況；若出現(xiàn)擁塞，則將擁塞分級生成節(jié)點自身的擁塞度，并將擁塞度嵌入到 擁塞通告信息包中，發(fā)送給管理節(jié)點，執(zhí)行步驟五；否則，執(zhí)行步驟八； 步驟五、管理節(jié)點收到擁塞通告信息包之后，根據(jù)可用頻譜表和已用頻譜表中的信息， 并根據(jù)申請頻譜的認知節(jié)點的擁塞度進行頻譜分配； 步驟六、擁塞節(jié)點獲得管理節(jié)點的頻譜分配，根據(jù)緩存長度設定擁塞解除周期，并進入 擁塞解除過程；否則，等待頻譜分配； 步驟走、擁塞解除周期結(jié)束之后，認知節(jié)點判斷擁塞是否解除，若節(jié)點的平均傳輸率 巧^大于擁塞闊值見tx，則執(zhí)行步驟八；否則，執(zhí)行步驟四； 步驟八、結(jié)束。
[0007] 與現(xiàn)有擁塞控制方法相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于： 1、本發(fā)明提出的認知節(jié)點通過平均數(shù)據(jù)傳輸率來檢測自身的擁塞狀況，不僅能夠?qū)崟r 并準確的檢測本身的擁塞狀況，也不需要額外的通信開銷，檢測方法簡單。在擁塞解除過程 中認知節(jié)點根據(jù)當前緩存長度設定擁塞解除周期，可W避免擁塞節(jié)點在擁塞解除過程中長 期占用頻譜，而導致其它認知節(jié)點產(chǎn)生擁塞。在執(zhí)行完擁塞解除算法之后，再次進行擁塞判 定，能夠確保擁塞的徹底解除。
[0008] 2、本發(fā)明根據(jù)擁塞度來執(zhí)行頻譜分配算法，擁塞節(jié)點不僅可W占用空閑頻譜，還 可W占用其它低擁塞度節(jié)點的頻譜，減少了擁塞節(jié)點接入頻譜的時間；提高了頻譜使用的 公平性和效率，有效減少了碰撞和丟包，并提高了吞吐量。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的擁塞控制流程圖； 圖2是本發(fā)明實施例提供的認知網(wǎng)絡中網(wǎng)絡拓撲結(jié)構示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例提供的認知網(wǎng)絡中管理節(jié)點頻譜分配過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0010] 本發(fā)明提出了一種認知網(wǎng)絡中采用頻譜分配的擁塞控制方法。下面結(jié)合附圖對本 發(fā)明的實施方案作進一步的具體闡述。
[0011] 1.參見附圖1，它是本發(fā)明的擁塞控制流程圖；在本發(fā)明中，首先，認知節(jié)點通過 監(jiān)測本身的數(shù)據(jù)傳輸率檢測擁塞，并劃分擁塞度；然后，檢測到擁塞的認知節(jié)點向管理節(jié)點 發(fā)送擁塞通告信息，管理節(jié)點收到擁塞通告消息后，根據(jù)可用頻譜表和已用頻譜表中的信 息，并結(jié)合擁塞度分配頻譜給擁塞節(jié)點；最后，擁塞節(jié)點獲得頻譜分配后，根據(jù)當前緩存長 度設定擁塞解除周期并接入頻譜進行擁塞解除；擁塞節(jié)點執(zhí)行擁塞解除算法后，再進行擁 塞檢測，從而能夠徹底解除擁塞；如果沒有發(fā)生擁塞，則不做處理。
[0012] 2.參見附圖2,它是本實施例提供的認知網(wǎng)絡中網(wǎng)絡拓撲結(jié)構示意圖；在本實施 例中，假設認知網(wǎng)絡中有W+ 1個認知節(jié)點，其中一個為管理節(jié)點。在認知網(wǎng)絡的覆蓋范圍 內(nèi)，有一個授權網(wǎng)絡，共有M個工作頻譜，記為//;真.....最大授權用戶為M個，對 應分配相應的工作頻譜。認