針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，包括步驟：步驟1：初始化信道及主、從用戶的信息；步驟2：為從用戶初始分配頻譜資源；步驟3：從用戶接入信道；步驟4：更新信道狀態(tài)；步驟5：計(jì)算下一時(shí)隙的每個(gè)信道的狀態(tài)值；步驟6：計(jì)算從用戶本輪接入結(jié)束后，在下一時(shí)隙中最大化能效的用戶信道匹配集合及用戶傳輸表。本發(fā)明中，多個(gè)從用戶可以動(dòng)態(tài)地接入主用戶信道，并平衡吞吐率與能耗，使得從用戶能效最大化。本發(fā)明即是在已知信道分布參數(shù)的條件下，通過權(quán)衡從用戶“切換/等待”與“傳輸/待機(jī)”兩個(gè)方面，得到一種針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略，有效地提高了從用戶的能源利用率。
【專利說明】針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是無線通信領(lǐng)域的方法，具體是一種針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)態(tài)頻譜接入通常用于具有較低接入權(quán)限的從用戶檢測并接入主用戶的“頻譜空洞”，該種接入方式對(duì)于提高頻譜利用率、提供更豐富的無線服務(wù)方式具有重要意義。動(dòng)態(tài)頻譜接入是針對(duì)不同接入等級(jí)的用戶——主用戶與從用戶——而產(chǎn)生的:主用戶是授權(quán)用戶，具有優(yōu)先接入權(quán)限，從用戶是非授權(quán)用戶，具有較低的接入權(quán)限。傳統(tǒng)的針對(duì)多從用戶多信道的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略通常致力于使從用戶獲得最大的網(wǎng)絡(luò)吞吐率，而不考慮能耗問題。這種策略對(duì)于傳統(tǒng)的非移動(dòng)通信設(shè)備非常有效，但近年隨著移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的興起，最大化吞吐率的接入策略會(huì)導(dǎo)致用戶待機(jī)時(shí)間的明顯下降，因此更加節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略日益被研究者所重視。
[0003]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)枮?201210106394.X，名稱為:無線電網(wǎng)絡(luò)中基于契約的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法)提供了一種基于契約的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，將信道以不同的質(zhì)量進(jìn)行交易，有效提高了授權(quán)系統(tǒng)的收益，同時(shí)可有效減少授權(quán)系統(tǒng)與認(rèn)知無線電系統(tǒng)之間的干擾；中國專利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)枮?201210377971.9，名稱為:無線體域網(wǎng)中單頻點(diǎn)信道快速自適應(yīng)的接入方法)給出了一種使從用戶在指數(shù)分布或超指數(shù)分布的信道中能夠快速自適應(yīng)信道參數(shù)的動(dòng)態(tài)接入方案。該方案使得單個(gè)從用戶在被分配一定的頻譜資源后，能夠在單信道上的快速自適應(yīng)接入。中國專利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)枮?201310327173，名稱為:針對(duì)低權(quán)限通信系統(tǒng)的節(jié)能的頻譜分配與機(jī)會(huì)接入機(jī)制)給出了一種單個(gè)從用戶在多信道中節(jié)能接入的解決方案。
[0004]然而，現(xiàn)有的解決方案或者未能充分考慮到能效(每單位傳輸消耗的能量)的問題，或者未能充分考慮到多用戶的接入場景。
[0005]發(fā)表于2008 年 WCNC 的論文 “Distributed Energy Efficient Spectrum Accessin Wireless Cognitive Radio Sensor Networks”給出了一種適用于主用戶的低功耗接入方式。該方法以最高能效作為優(yōu)化目標(biāo)，與本發(fā)明的優(yōu)化目標(biāo)相吻合。然而，該研究未能區(qū)分從用戶與主用戶的差異，給出了針對(duì)只具有同一權(quán)限的用戶網(wǎng)絡(luò)的接入策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]步驟1:初始化信道及主、從用戶的信息；
[0009]步驟2:為從用戶初始分配頻譜資源；[0010]步驟3:從用戶接入信道；
[0011]步驟4:更新信道狀態(tài)；
[0012]步驟5:計(jì)算下一時(shí)隙的每個(gè)信道的狀態(tài)值；
[0013]步驟6:計(jì)算從用戶本輪接入結(jié)束后，在下一時(shí)隙中最大化能效的用戶信道匹配集合及用戶傳輸表，其中，所述的用戶信道匹配集合，是指所有的從用戶及與從用戶匹配的信道的集合，所述用戶傳輸表，是指所有的用戶的傳輸功率的集合。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟I包括以下步驟:
[0015]步驟1.1:從監(jiān)管機(jī)構(gòu)或其他頻譜檢測設(shè)備，獲取從用戶的數(shù)量M，從用戶編號(hào)Ui,i=l,2,……M，；獲取主用戶可供分配的信道數(shù)量N，N大于等于M ;獲取主用戶對(duì)每個(gè)信道Chi的占用率Pi，B，即每個(gè)信道的空閑率為Pu=1-Pu ;獲取每個(gè)信道的占用時(shí)長期望Eu、空閑時(shí)長期望Ei;I ;其中，(^、Pi,B、Pu、Ei,B、Ei；I中的下標(biāo)i=l，2，……，N ；
[0016]步驟1.2:獲取從用戶切換信道所需要的時(shí)長th，獲取從用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、信道切換的功率Pt、Ph;獲取從用戶在非通信狀態(tài)下的電路消耗功率已；
[0017]步驟1.3:將信道按時(shí)間分片，設(shè)置每個(gè)時(shí)間片，即時(shí)隙，的長度為tsl(rt ；
[0018]步驟1.4:計(jì)算出每個(gè)信道的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，針對(duì)信道Chi具體如下，
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:初始化信道及主、從用戶的信息； 步驟2:為從用戶初始分配頻譜資源； 步驟3:從用戶接入信道； 步驟4:更新信道狀態(tài)； 步驟5:計(jì)算下一時(shí)隙的每個(gè)信道的狀態(tài)值； 步驟6:計(jì)算從用戶本輪接入結(jié)束后，在下一時(shí)隙中最大化能效的用戶信道匹配集合及用戶傳輸表，其中，所述的用戶信道匹配集合，是指所有的從用戶及與從用戶匹配的信道的集合，所述用戶傳輸表，是指所有的用戶的傳輸功率的集合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，所述步驟I包括以下步驟: 步驟1.1:從頻譜檢測設(shè)備，獲取從用戶的數(shù)量M，從用戶編號(hào)Ui, i=l,2,……M，；獲取主用戶可供分配的信道數(shù)量N，N大于等于M ;獲取主用戶對(duì)每個(gè)信道Chi的占用率Pi，B，即每個(gè)信道的空閑率為Pu=1-Pu ;獲取每個(gè)信道的占用時(shí)長期望Eu、空閑時(shí)長期望Eu ;其中，chp Pi, B、Pi, ^Ei, B、EiJ 中的下標(biāo) i=!，2,......,N ； 步驟1.2:獲取從用戶切換信道所需要的時(shí)長th，獲取從用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、信道切換的功率Pt、Ph ;獲取從用戶在非通信狀態(tài)下的電路消耗功率已; 步驟1.3:將信道按時(shí)間分片，設(shè)置每個(gè)時(shí)間片，即時(shí)隙，的長度為tsl()t ； 步驟1.4:計(jì)算出每個(gè)信道的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，針對(duì)信道Chi具體如下，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，所述步驟2包括以下步驟: 步驟2.1:用信道的空閑率Pu初始化信道的狀態(tài)向量Q1，即Co1(J)=Pi j, j=l，2，……N； 步驟2.2:將每個(gè)信道的在當(dāng)前時(shí)隙k的狀態(tài)向量中的狀態(tài)值最大的M個(gè)信道依次初步分配給從用戶，分配時(shí)長為一個(gè)時(shí)隙； 步驟2.3:根據(jù)以下優(yōu)化目標(biāo)遍歷所有可能的用戶信道匹配集合及下個(gè)時(shí)隙的用戶傳輸表，所述用戶傳輸表是指，用戶在某個(gè)時(shí)隙是否進(jìn)行傳輸；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，所述步驟3中的從用戶接入信道，是指從用戶根據(jù)步驟2中得到的最優(yōu)的用戶信道匹配集合及該時(shí)隙中的用戶傳輸表進(jìn)行接入。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，所述步驟4包括以下步驟: 步驟4.1:在當(dāng)前時(shí)隙末端，針對(duì)從用戶j在該被分配的信道ch (j)，若接入結(jié)果為失敗，即主用戶在當(dāng)前時(shí)隙占用了信道ch(j)，則設(shè)置Co1 (ch (j))為O;若接入結(jié)果為成功，即主用戶在當(dāng)前時(shí)隙未占用信道ch (j)，則設(shè)置Co1 (ch(j))為I; 步驟4.2:在當(dāng)前時(shí)隙末端，針對(duì)在當(dāng)前時(shí)隙未分配給從用戶的信道，該信道的狀態(tài)在狀態(tài)向量中對(duì)應(yīng)的值不變。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，所述步驟5中的所述計(jì)算下一時(shí)隙的每個(gè)信道的狀態(tài)值，包括以下步驟: 步驟5.1:根據(jù)信道感知?dú)v史及信道狀態(tài)概率轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算各個(gè)信道下一時(shí)隙的空閑概率，具體如下，

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，所述步驟6包括如下步驟: 步驟6.1:根據(jù)以下優(yōu)化目標(biāo)遍歷所有可能的用戶信道匹配集合及下一時(shí)隙的用戶傳輸表:
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，tslot的大小為所有信道Eu平均值的十分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的針對(duì)多從用戶多信道的節(jié)能的動(dòng)態(tài)頻譜接入策略方法，其特征在于，在所述步驟2.2中，按狀態(tài)值從大到小對(duì)應(yīng)用戶標(biāo)號(hào)從小到大的方式，將每個(gè)信道的在當(dāng)前時(shí)隙k的狀態(tài)向量ω k中的狀態(tài)值最大的M個(gè)信道依次初步分配給從用戶。
【文檔編號(hào)】H04W72/04GK103582094SQ201310467485
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】任長城, 俞暉, 王帆, 夏俊, 黃金偉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)