專利名稱：基于認(rèn)知無線電的終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向負(fù)載均衡的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中終端群接入網(wǎng)(RAN，Radio Access Network)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制方法，可用于解決多個(gè)認(rèn)知用戶終端同時(shí)發(fā)出網(wǎng)絡(luò)切換請(qǐng)求時(shí)，由于缺少協(xié)調(diào)而造成的基站擁堵以及某些用戶終端的頻繁網(wǎng)絡(luò)切換問題。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)都是基于固定的頻譜分配方案，即由相關(guān)政府部門將頻段授權(quán)給持證人，允許其在一定地域范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。據(jù)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(Federal Communication Commission,FCC)統(tǒng)計(jì)顯示，相當(dāng)大的無線授權(quán)頻段未能充分利用，其時(shí)間地域使用率從15%到85%不等。隨著近年來無線應(yīng)用的井噴式增加使得對(duì)頻譜資源的需求也急劇增長(zhǎng)，但是可用的頻譜資源卻日趨緊張，為了緩解該狀況，認(rèn)知無線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)通過充分利用使用率低的頻段來滿足日益增長(zhǎng)的無線通信需求。認(rèn)知無線電通過智能感知周圍的可用頻段，間歇性地接入已授權(quán)頻段來提高頻譜利用率。具有認(rèn)知功能的終端(Cognitive terminal)能夠根據(jù)周圍的無線電環(huán)境自適應(yīng)地調(diào)整工作頻率、調(diào)制方式和發(fā)射功率等參數(shù)，在不干擾授權(quán)用戶通信的前提下與其共享頻譜。但當(dāng)某一頻譜上出現(xiàn)授權(quán)用戶或信道質(zhì)量惡化時(shí)，認(rèn)知終端需要改變工作頻譜，也就是進(jìn)行頻譜的移動(dòng)。2004年11月第一個(gè)基于認(rèn)知無線電的無線標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802. 22工作組成立，目標(biāo)為在不影響已有電視設(shè)備服務(wù)的前提下，使用廣播電視頻段為具有認(rèn)知功能的非授權(quán)用戶提供廉價(jià)的無線接入服務(wù)。IEEE802. 22固定無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WRAN)的市場(chǎng)定位為偏遠(yuǎn)或地形復(fù)雜的地區(qū)(這些區(qū)域鋪設(shè)有線寬帶通信系統(tǒng)非常困難，且開銷也非常昂貴)，但適用范圍并不局限于此，還包括單家庭住宅、多戶住宅、S0H0、小型商行和校園等。802. 22系統(tǒng)工作在M_862MHz的VHF/UHF廣播電視頻段，是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)， 由一個(gè)基站(BS，Base Station)控制蜂窩小區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶設(shè)備(CPh，Consumer Premise Equipments)的媒體接入，通過下行鏈路向CPh傳輸數(shù)據(jù)，CPEs通過上行鏈路向BS做出應(yīng)答。本發(fā)明所述基站皆對(duì)應(yīng)于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的次基站，即只能機(jī)會(huì)式占用授權(quán)頻段的基站。在WRAN網(wǎng)絡(luò)中，通信需求較密集的區(qū)域可通過多基站覆蓋來提供通信保證，如圖1所示，通過合理地頻譜分配算法可以使這些基站工作在不同頻段，從而避免干擾，因而對(duì)于處于該區(qū)域的CPh來說，選擇一個(gè)合適的蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入以盡可能地減少切換次數(shù)則顯得至關(guān)重要。通常的網(wǎng)絡(luò)選擇都由兩步構(gòu)成=(I)CPE向信號(hào)較好的BS發(fā)出接入請(qǐng)求；(2)BS根據(jù)自身負(fù)載情況，簡(jiǎn)單地接受請(qǐng)求或拒絕請(qǐng)求。當(dāng)某個(gè)授權(quán)用戶出現(xiàn)，接入同一 BS的多個(gè)CPh必須放棄對(duì)原頻段的占用，切換到其他蜂窩網(wǎng)絡(luò)。然而，當(dāng)這些用戶終端同時(shí)發(fā)出接入請(qǐng)求時(shí)，由于相互之間缺少協(xié)調(diào)，很可能會(huì)同時(shí)向同一個(gè)BS發(fā)出接入請(qǐng)求，造成該BS負(fù)載過重，從而導(dǎo)致一些CPh的接入得不到響應(yīng)，這些沒有得到響應(yīng)的CPh不得不重新向其他BS發(fā)出接入請(qǐng)求。同樣地，這些未得到響應(yīng)的CPh也可能同時(shí)向另一 BS發(fā)出接入請(qǐng)求，造成后續(xù)BS的超載，這樣就還會(huì)有 CPEs繼續(xù)進(jìn)行接入請(qǐng)求，造成了網(wǎng)絡(luò)切換的頻繁發(fā)生，以及CPh之間網(wǎng)絡(luò)切換的不公平。 即使多個(gè)CPh的同時(shí)接入請(qǐng)求未能超越BS的能力范圍，但如果這些CPh都集中工作在一個(gè)頻段范圍，那么該頻段范圍的授權(quán)用戶的出現(xiàn)也會(huì)造成大面積的網(wǎng)絡(luò)切換。相反，如果這些CPh均勻分布在各個(gè)BS之間，網(wǎng)絡(luò)整體的切換概率則會(huì)減小很多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種基于認(rèn)知無線電的終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制方法， 減少了現(xiàn)有技術(shù)中無線網(wǎng)絡(luò)頻繁的網(wǎng)絡(luò)切換，使得多個(gè)同時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換的CPh能夠更公平地接入到滿足自身通信需求的網(wǎng)絡(luò)中，該方法不僅適用于WRAN系統(tǒng)，也適用于多種接入網(wǎng)絡(luò)并存的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種基于認(rèn)知無線電的終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)用戶終端CPE (Customer-Premises Equipment)通過全向感知天線進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜檢測(cè)分析，獲得可接入網(wǎng)絡(luò)列表；(2) CPE根據(jù)可接入網(wǎng)絡(luò)列表選擇信噪比滿足的網(wǎng)絡(luò)集合，并獲得該終端的業(yè)務(wù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求，最終形成網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息 < Ct, Nll. Blll,N12, B112.-■■ .Ν,μ.Βι1ρ>，通過公共控制信道(Common ControlChannel)廣播該網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息；其中消息中Ci是用戶終端的ID，Mi是第j(i ^ j ^ ρ)個(gè)滿足信噪比的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站ID，B ,代表Ci對(duì)第j (1 ^ j ^ ρ)個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求；(3)網(wǎng)絡(luò)側(cè)基站BS(Base Station)從公共控制信道接收網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息， 檢查自己是否在該消息的請(qǐng)求行列中；如果在則根據(jù)自己目前的可用帶寬，得到請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息<Ci; Nj, Bij，V」〉，并將請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息發(fā)送給核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器；其中請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息中 是基站ID，Vj是當(dāng)前可用帶寬；(4)核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器將本分配周期內(nèi)接收到的請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到用戶終端對(duì)基站的帶寬請(qǐng)求矩陣籃和基站的可用帶寬向量A，接著利用混沌優(yōu)化搜索算法找到使得最大基站負(fù)載最小的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣X,最后根據(jù)獲得的分配矩陣χ發(fā)送允許接入消息給有CPh接入的各基站；(5)基站在收到允許接入消息后，發(fā)送接入應(yīng)答消息給相應(yīng)的用戶終端，完成認(rèn)知終端群的接入網(wǎng)切換請(qǐng)求。優(yōu)選的，所述方法步驟⑷中帶寬請(qǐng)求矩陣ft初始為零矩陣，初始的可用帶寬向量 Ac :為零向量；當(dāng)收到請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息<。Ν」，Β。_，ν」> 后，對(duì)帶寬請(qǐng)求矩陣II根據(jù)= Bij 進(jìn)行修改，可用帶寬向量A根據(jù)…=Vj對(duì)第j個(gè)向量進(jìn)行修改。優(yōu)選的，所述方法步驟中網(wǎng)絡(luò)分配矩陣χ為0-1網(wǎng)絡(luò)分配矩陣，并初始化為零矩陣，如果Ci分配到 ，那么Xu = 1，否則為0。優(yōu)選的，所述方法步驟中使用Logistic混沌映射隨機(jī)化產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)分配矩陣 3C，Logistic 混沌映射公式為:zk+1 = μ Zk (I-Zk), Zk e
，k = 0，1，2···，用 M 個(gè)不同的 Z01，Z02, Z03,…，Ztlm對(duì)映射進(jìn)行初始化，得到zn，z12, Z13,…，Zlm，將
區(qū)間均分為Q個(gè)
5區(qū)間，根據(jù)M個(gè)新變量所處的區(qū)間構(gòu)建隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣X1;然后循環(huán)根據(jù)上一次得到的 M 個(gè)變量 zk2, zk3,…，Zkm 利用 Logistic 混沌映射公式得到 z(k+1)1，z(k+1)2, z(k+1)3,…， 進(jìn)而得到新的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣xfc+1。優(yōu)選的，所述方法步驟中還需要驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Xfc的可行性，當(dāng)為每個(gè) CPE分配一個(gè)滿足帶寬需求的基站接入，以及分配到基站Nj的CPh帶寬需求之和不超過該基站的可用帶寬時(shí),即同時(shí)滿足 Eti i-ijUhXij = l.l<i< M 和 Ev1* Vij < ；, 1 < < Q 條件時(shí)，網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Xfc可以使用。優(yōu)選的，所述方法步驟⑷中網(wǎng)絡(luò)切換管理器先將最大最小分配矩陣X7.".初始化為第一個(gè)可行的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣，然后將隨機(jī)獲得的可行網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Xa.與已有的最大最小分配矩陣進(jìn)行比較；當(dāng)可行網(wǎng)絡(luò)分配矩陣X/,優(yōu)于最大最小分配矩陣Xr,,.，則將可行網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Xfe作為新的最大最小分配矩陣進(jìn)行循環(huán)判斷；否則最大最小分配矩陣Xm.不做變更；當(dāng)循環(huán)的次數(shù)達(dá)到最大限制MAX時(shí)，此時(shí)的最大最小分配矩陣發(fā)送允許接入消息給有CPh接入的BS。本發(fā)明用于解決多個(gè)認(rèn)知用戶終端同時(shí)發(fā)出網(wǎng)絡(luò)切換請(qǐng)求時(shí)，由于缺少協(xié)調(diào)而造成的基站擁堵以及某些用戶終端的頻繁網(wǎng)絡(luò)切換問題。授權(quán)用戶的出現(xiàn)或信道質(zhì)量惡化等情況都可能造成多個(gè)終端同時(shí)發(fā)出切換請(qǐng)求，本發(fā)明的方法在解決該問題的同時(shí)還能充分利用空閑頻譜資源。本發(fā)明提供一種基于認(rèn)知無線電的終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制算法，使得當(dāng)多個(gè)認(rèn)知用戶終端同時(shí)發(fā)出網(wǎng)絡(luò)切換請(qǐng)求時(shí)，能夠均勻分配在多個(gè)備選接入網(wǎng)絡(luò)中，避免因?yàn)槿鄙賲f(xié)調(diào)而造成的頻繁切換以及用戶終端網(wǎng)絡(luò)切換不公平。在WRAN系統(tǒng)中，每個(gè)CPE結(jié)合自己的頻譜感知結(jié)果、業(yè)務(wù)量需求、自身信噪比和多個(gè)可接入BS的接入概率，通過公共控制信道(Common Control Channel)廣播其對(duì)可接入BS的帶寬請(qǐng)求消息，當(dāng)BS接收到這些請(qǐng)求消息后，將消息送至核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器，核心網(wǎng)絡(luò)依據(jù)這些消息，使用混沌優(yōu)化算法快速求解一個(gè)BS之間負(fù)載均衡的認(rèn)知終端群網(wǎng)絡(luò)分配方案，并將結(jié)果發(fā)送給有CPh接入的BS，BS通過發(fā)送接入應(yīng)答消息給相應(yīng)的 CPEs完成用戶終端群的網(wǎng)絡(luò)切換。具體切換過程如下；1.實(shí)時(shí)頻譜感知CPE通過全向天線進(jìn)行頻譜檢測(cè)分析，獲得可接入網(wǎng)絡(luò)列表。頻譜檢測(cè)分析過程與通信同步，因而列表能夠?qū)崟r(shí)反映可接入BS的信噪比以及可接入概率。2. CPE發(fā)送網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息CPE結(jié)合應(yīng)用的單位時(shí)間業(yè)務(wù)量以及對(duì)信噪比的要求，在可接入網(wǎng)絡(luò)列表中選擇信噪比滿足的網(wǎng)絡(luò)，并分別計(jì)算對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求，由此得到網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息 <C;.^L.Si(1.iVi2.Bii2. · ■ · , . Β ; >>，其中Ci代表用戶終端的ID^Vj代表Ci可接入網(wǎng)絡(luò)列表中第j (1彡j彡P(guān))個(gè)滿足信噪比的基站ID，BulMi Ci對(duì)第j (1彡j彡ρ)個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求，并通過公共控制信道(Common Control Channel)廣播該帶寬請(qǐng)求消息，其中i，j，p均為自然數(shù)。3. BS發(fā)送請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息給核心網(wǎng)基站 檢查從公共控制信道接收到的網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息<C,. Nn. Blll. N11. B112. ■ ■ ■ S〃f,>，如果自己在該消息的請(qǐng)求行列中，則根據(jù)自己目前的可用帶寬Vj，得到請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息 <。 ，Β。_，V」〉發(fā)送給核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器。其中Ci代表用戶終端的ID，Nj代表基站自身ID，Bij是Ci對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站 的帶寬需求。4.認(rèn)知終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制算法4. 1建立帶寬請(qǐng)求矩陣R、可用帶寬向量A和網(wǎng)絡(luò)分配矩陣X初始化其帶寬請(qǐng)求矩陣(記錄M個(gè)同時(shí)發(fā)出接入網(wǎng)切換請(qǐng)求的用戶終端對(duì)Q個(gè)備選基站的帶寬需求)為零矩陣，可用帶寬向量Aq (記錄Q個(gè)備選基站的當(dāng)前可用帶寬)為零向量，每次收到請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息〈C” Nj, Bij，Vj)后，對(duì)帶寬請(qǐng)求矩陣賬進(jìn)行如下修改^ij = Bij，可用帶寬向量A 的第j個(gè)向量 = ν」。定義一個(gè)0-1網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Iu w (將M個(gè)同時(shí)發(fā)出接入網(wǎng)切換請(qǐng)求的用戶終端分配在Q個(gè)備選基站中)，矩陣初始化為零矩陣，如果Ci分配到 ，那么= 1，否則為0， 問題轉(zhuǎn)化為求解該矩陣。4. 2使用Logistic混沌映射隨機(jī)化產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)分配矩陣IiixQLogistic 混沌映射zk+1 = μ zk(l-zk), zk e
，k = 0，1，2···其中令控制變量μ =4，使得Logistic映射為滿映射，系統(tǒng)處于完全混沌狀態(tài)，用M個(gè)不同的z02, Z03,…，^1對(duì)映射進(jìn)行初始化，得到Z11, Z12，Z13，…，Zlm，將w，l]區(qū)間均分為Q個(gè)區(qū)間，看著這M個(gè)新變量落在哪個(gè)區(qū)間，因而可以得到一個(gè)隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Xi。每次返回到這一步，可以根據(jù)上一次得到的M個(gè)變量zk2, zk3,…，Zkm利用 Logistic混沌映射得到ζ (k+1) 1 ‘ Z(k+1)2' Z(k+1)3，…，Z(k+l)m， 進(jìn)而得到新的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣XA.+1。4. 3檢查網(wǎng)絡(luò)分配矩陣是否可行網(wǎng)絡(luò)分配需滿足為每個(gè)CPE分配一個(gè)滿足帶寬需求的基站接入，分配到基站Nj 的CPh帶寬需求之和不能超過該基站的可用帶寬，即Eili I-^jkkxlj = l.l<i< M^i Xr/ * rtj < ” 1<J< Qi如果滿足條件則進(jìn)行4. 4，否則回到4. 2步計(jì)算4. 4與最大最小分配矩陣5。,比較為了使得BS之間網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，我們這里以最大最小公平性作為優(yōu)化目標(biāo)，即使得所有有帶寬請(qǐng)求的可接入網(wǎng)絡(luò)的最大負(fù)載最小。最大最小分配矩陣Χτ,τ初始化為第一個(gè)可行的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣。以后每次的比較，都是將新的可行網(wǎng)絡(luò)分配矩陣與已有的最大最小分配矩陣進(jìn)行比較，如果較之前的更優(yōu)，則記錄這個(gè)分配矩陣為最大最小分配矩陣。如果循環(huán)次數(shù)達(dá)到最大限制MAX，那么就按最大最小分配矩陣發(fā)送允許接入消息給有 CPEs接入的BS，如果循環(huán)次數(shù)未到達(dá)限制則回到4. 2步。5. BS發(fā)送允許接入消息給相應(yīng)CPh接收到網(wǎng)絡(luò)切換管理器允許接入消息的BS根據(jù)消息向相應(yīng)的用戶終端發(fā)送接入應(yīng)答消息，完成CPh的接入網(wǎng)切換請(qǐng)求過程。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明通過允許用戶終端發(fā)送網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息，使得用戶端通信質(zhì)量得到保證，同時(shí)均衡各基站負(fù)載，避免因負(fù)載過重導(dǎo)致CPh接入請(qǐng)求被拒絕而造成的頻繁網(wǎng)絡(luò)切換以及切換不公平。本發(fā)明通過在網(wǎng)絡(luò)側(cè)集中處理來自BS的請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息，使得同時(shí)或幾乎同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換的多個(gè)CPh均衡分配到多個(gè)基站所在的頻段上，使空閑頻譜資源得到充分利用。本發(fā)明避免了由于單一頻段內(nèi)的用戶數(shù)量過大，而當(dāng)該頻段授權(quán)用戶出現(xiàn)時(shí)造成的大面積網(wǎng)絡(luò)切換狀況。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明CPE端的網(wǎng)絡(luò)切換過程流程圖；圖3為本發(fā)明核心網(wǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)切換管理器的操作流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例本實(shí)施例的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)如圖1所示，通信需求較密集的區(qū)域通過多基站覆蓋保證通信質(zhì)量，核心網(wǎng)可以利用合作博弈或非合作博弈等方法，合理分配頻譜資源使得基站工作在不同頻段。當(dāng)某個(gè)主用戶出現(xiàn)時(shí)，接入該頻段的所有CPh用戶需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換，這就面臨著接入哪個(gè)蜂窩的問題，如果選擇不當(dāng)，很可能使得某些蜂窩網(wǎng)絡(luò)擁堵， 導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，同時(shí)其他蜂窩的頻譜資源未能得到充分利用。本實(shí)施例可以在滿足各 CPE通信帶寬需求的基礎(chǔ)上，均勻多個(gè)基站的負(fù)載，充分利用珍貴的頻譜資源。進(jìn)行認(rèn)知終端群接入網(wǎng)切換的過程具體如下ICPE 端對(duì)于發(fā)出網(wǎng)絡(luò)切換請(qǐng)求的M個(gè)用戶終端，每個(gè)終端Ci(l ^ i ^M)都能通過全向天線的頻譜檢測(cè)分析得到一個(gè)可接入網(wǎng)絡(luò)列表Li,表項(xiàng)由可接入基站的ID號(hào)唯一標(biāo)識(shí)，所有可接入網(wǎng)絡(luò)集合標(biāo)記為L(zhǎng) = U KKilLi= (N1, N2,…，NQ}，這里Q= |L|。頻譜檢測(cè)分析過程是與通信同步的，因而列表能夠?qū)崟r(shí)反映可接入BS的信噪比以及可接入概率。用戶終端Ci結(jié)合應(yīng)用的單位時(shí)間業(yè)務(wù)量Ti以及對(duì)信噪比的要求MinSNRi,在列表 Li中選擇滿足的網(wǎng)絡(luò)集合{N」I Nj e Li and SNRij > MinSNRj，計(jì)算對(duì)該集合中任一網(wǎng)絡(luò)Nj 的帶寬需求Bij = IVPij,這里SNRij和Pij分別是列表Li中網(wǎng)絡(luò)Nj (Nj e Li)在Ci位置處的信噪比以及可接入概率。Ci得到網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息、^.^,^…^.!^. · ■ ■ .Nip, B11 > 后，通過公共控制信道廣播該消息。2BS 端基站Ni檢查接收到的消息Nh. Biil, Nh. Bii2. · · ·，Nipi Βα> ,如果存在某,Vifc等于Nj，那么基站Nj將生成請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息 <(；， 化」^> (Vj是基站Nj自己目前的可用帶寬)，并發(fā)送給核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器。3核心網(wǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)切換管理器(Network Switch Manager)根據(jù)當(dāng)前收到的網(wǎng)絡(luò)分配消息<Ci; Nj, Bij，V」〉，對(duì)帶寬請(qǐng)求矩陣》AixQ進(jìn)行修改= Bij，同時(shí)令可用帶寬向量的第j個(gè)向量…=Vjo多個(gè)發(fā)出接入請(qǐng)求的CPh所產(chǎn)生的接入請(qǐng)求消息可能并非同時(shí)到達(dá)相應(yīng)的BS，即使同時(shí)到達(dá)，也可能因?yàn)锽S到核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境各異，最后核心網(wǎng)側(cè)網(wǎng)絡(luò)切換管理器接收到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分配消息的時(shí)間各異。因而，在網(wǎng)絡(luò)切換管理器端，可以依據(jù)CPh對(duì)接入應(yīng)答的延遲需求設(shè)置一個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)分配周期，將每個(gè)周期內(nèi)接收到的網(wǎng)絡(luò)分配消息進(jìn)行統(tǒng)一處理。對(duì)于0-1網(wǎng)絡(luò)分配矩陣XMxQ，矩陣初始化為零矩陣，使用混沌映射隨機(jī)化產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)分配矩陣的過程如下Logistic 混沌映射zk+1 = μ Zk(I-Zk), zk e
，k = 0，1，2... (1)其中令控制變量μ = 4，使得Logistic映射為滿映射，系統(tǒng)處于完全混沌狀態(tài)，用 M個(gè)不同的初值z(mì)02, Z03,…，Ztlm對(duì)映射進(jìn)行初始化，初值不能取為不動(dòng)點(diǎn)0，0. 25，0. 5， 0. 75，1，接著根據(jù)公式(1)得到zn，z12, Z13,…，zlm (k= 1)，將W，l]區(qū)間均分為Q個(gè)區(qū)間，
，看這M個(gè)新變量落在哪個(gè)區(qū)間，如果Zli在區(qū)間 [(j-l)/Q, j/Q]內(nèi)，那么 Xij = 1，否則為 0。因而可以得到一個(gè)隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Xl,滿足. = 1·1<^< M。接著檢查該分配是否可行，即是否滿足Σ Ιι Tl^kxij = 1.1 < < M^fli XiJ * rij < n” 1 < j < Q如果滿足就計(jì)算X1分配下所有基站的最大負(fù)載，記錄該負(fù)載為最大最小負(fù)載，并保存該網(wǎng)絡(luò)分配矩陣為最大最小分配矩陣。如果不滿足則利用Z11, Z12，Z13，"^lm及公式 (1)得到新的分配矩陣X2,如此循環(huán)下去。每次得到新的可行分配矩陣都將該分配下的最大BS負(fù)載與最大最小負(fù)載進(jìn)行比較(1)如果小于最大最小負(fù)載則將記錄當(dāng)前最大負(fù)載為最大最小負(fù)載，并將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)分配矩陣賦值給最大最小分配矩陣；(2)如果不小于最大最小負(fù)載，那么接著進(jìn)行下次循環(huán)得到新的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣。設(shè)置一個(gè)循環(huán)次數(shù)限制MAX，當(dāng)達(dá)到該限制時(shí)，則循環(huán)終止，并根據(jù)得到的最大最小分配矩陣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分配，發(fā)送允許接入消息給各BS。得到允許接入消息的基站發(fā)送接入應(yīng)答消息給相應(yīng)的CPh，完成其接入網(wǎng)切換請(qǐng)求過程。如圖1所示的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通信的仿真場(chǎng)景，該區(qū)域由4個(gè)工作在不同頻段的基站覆蓋，分別記為N1, N2, N3, N4,由于某電視用戶的出現(xiàn)使得其周圍數(shù)量為10的一個(gè)認(rèn)知終端群不得不放棄該頻段的傳送，因而需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換。本發(fā)明基于圖1所示的場(chǎng)景進(jìn)行了仿真，分別采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)選擇算法和終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制算法。假設(shè)4個(gè)基站的當(dāng)前可用帶寬分別為15Mbps，15Mbps, 10Mbps，20Mbps。其中由本發(fā)明提出的網(wǎng)絡(luò)側(cè)終端群接入網(wǎng)切換算法可知，CPEs根據(jù)自身業(yè)務(wù)量及可接入網(wǎng)絡(luò)的可接入概率，在對(duì)每個(gè)滿足信噪比的可接入網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算后得到帶寬請(qǐng)求消息。這里各CPE發(fā)送的帶寬請(qǐng)求消息如下表1各CPE發(fā)送的帶寬請(qǐng)求
權(quán)利要求
1.一種基于認(rèn)知無線電的終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)用戶終端CPE(Customer-Premises Equipment)通過全向感知天線進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜檢測(cè)分析，獲得可接入網(wǎng)絡(luò)列表；(2)CPE根據(jù)可接入網(wǎng)絡(luò)列表選擇信噪比滿足的網(wǎng)絡(luò)集合，并獲得該終端的業(yè)務(wù)對(duì)可接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求，最終形成網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息< C X,, il,:. Λ；,, Ihij-….X、, #",,>，通過公共控制信道(Common Control Channel)廣播該網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息；其中消息中Ci是用戶終端的ID，NU是第j個(gè)滿足信噪比的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站(Base Station) ID，且1 < j < ρ ； a,,代表Ci對(duì)第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求，且 1 ^ j ^ ρ ；(3)網(wǎng)絡(luò)側(cè)基站BS(Base Mation)從公共控制信道接收網(wǎng)絡(luò)切換帶寬請(qǐng)求消息，檢查自己是否在該消息的請(qǐng)求行列中；如果在則根據(jù)自己目前的可用帶寬，得到請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息Λ> Btj,并將請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息發(fā)送給核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器；其中請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息中 是基站ID，Vj是當(dāng)前可用帶寬；(4)核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器將本分配周期內(nèi)接收到的請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到用戶終端對(duì)基站的帶寬請(qǐng)求矩陣R和基站的可用帶寬向量A，接著利用混沌優(yōu)化搜索算法找到使得最大基站負(fù)載最小的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣，最后根據(jù)獲得的分配矩陣發(fā)送允許接入消息給有CPh接入的各基站；(5)基站在收到允許接入消息后，發(fā)送接入應(yīng)答消息給相應(yīng)的用戶終端，完成認(rèn)知終端群的接入網(wǎng)切換請(qǐng)求，其中i，j，P均為自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步驟(4)中帶寬請(qǐng)求矩陣R初始為零矩陣，初始的可用帶寬向量A為零向量；當(dāng)收到請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)分配消息<€；, Λ> Iiijt Γρ后，對(duì)帶寬請(qǐng)求矩陣R根據(jù)ru=B。_進(jìn)行修改，可用帶寬向量A根據(jù) =\對(duì)第j個(gè)向量進(jìn)行修改，其中i，j均為自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步驟(4)中網(wǎng)絡(luò)分配矩陣X為0-1 網(wǎng)絡(luò)分配矩陣，并初始化為零矩陣，如果Ci分配到 ，那么xu=l，否則為0，其中i，j均為自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步驟(4)中使用Logistic混沌映射隨機(jī)化產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)分配矩陣)(MXQ將個(gè)同時(shí)發(fā)出接入網(wǎng)切換請(qǐng)求的用戶終端分配在個(gè)備選基站中，Logistic 混沌映射公式為:zk+1=y zk(l-zk), zk e
，k=0，1,2,...；用 M 個(gè)不同的Z02, Z03, · · ·，z0m對(duì)映射進(jìn)行初始化，得到zn，Z12，Z13, · · ·，Zlm，將
區(qū)間均分為Q個(gè)區(qū)間，根據(jù)M個(gè)新變量所處的區(qū)間構(gòu)建隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣^C1 ；然后循環(huán)根據(jù)上一次得到的M個(gè)變量zk2, zk3，...，Zkm；利用Logistic混沌映射公式得到ζ (k+l)l， Z(k+1)2， Z(k+1)3, . . .，Z(k+1)m，進(jìn)而得到新的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣X k+1，其中k為自然數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步驟(4)中還需要驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)分配矩陣Xk的可行性，當(dāng)為每個(gè)CPE分配一個(gè)滿足帶寬需求的基站接入，以及分配到基站Nj的CPhS寬需求之和不超過該基站的可用帶寬時(shí)，即同時(shí)滿足
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法步驟(4)中網(wǎng)絡(luò)切換管理器先將最大最小分配矩陣初始化為第一個(gè)可行的網(wǎng)絡(luò)分配矩陣，然后將隨機(jī)獲得的可行網(wǎng)絡(luò)分配矩陣&與已有的最大最小分配矩陣進(jìn)行比較；當(dāng)可行網(wǎng)絡(luò)分配矩陣&優(yōu)于最大最小分配矩陣Xler，則將可行網(wǎng)絡(luò)分配矩陣&作為新的最大最小分配矩陣)(TCT，進(jìn)行循環(huán)判斷； 否則最大最小分配矩陣不變；當(dāng)循環(huán)的次數(shù)達(dá)到最大限制MAX時(shí)，此時(shí)的最大最小分配矩陣發(fā)送允許接入消息給有CPh接入的BS，k為自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于認(rèn)知無線電的終端群接入網(wǎng)切換網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制方法，包括每個(gè)用戶終端(CPE)結(jié)合自己的頻譜感知結(jié)果、業(yè)務(wù)量需求、自身信噪比和多個(gè)基站(BS)的接入概率，通過公共控制信道廣播其對(duì)可接入BS的帶寬請(qǐng)求消息，當(dāng)BS接收到這些請(qǐng)求消息后，將消息送至核心網(wǎng)側(cè)的網(wǎng)絡(luò)切換管理器，核心網(wǎng)絡(luò)依據(jù)這些消息，使用混沌優(yōu)化算法快速求解一個(gè)BS之間負(fù)載均衡的認(rèn)知終端群網(wǎng)絡(luò)分配方案，并將結(jié)果發(fā)送給有CPEs接入的BS，BS通過發(fā)送接入應(yīng)答消息給相應(yīng)的CPEs完成用戶終端群的網(wǎng)絡(luò)切換。該方法減少了現(xiàn)有技術(shù)中無線網(wǎng)絡(luò)頻繁的網(wǎng)絡(luò)切換，使得多個(gè)同時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換的CPEs能夠更公平地接入到滿足自身通信需求的網(wǎng)絡(luò)中。
文檔編號(hào)H04W48/06GK102333348SQ201110230738
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者張銀東, 徐宏力, 趙賀楠, 黃劉生 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院