專利名稱：適用于認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法。
背景技術(shù)：
目前，認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種分布式的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，可以在不依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，快速和靈活地配置。網(wǎng)絡(luò)中的各個用戶可以進(jìn)行實時感知，從而得到空閑授權(quán)頻譜的信息，并利用這些空閑頻譜進(jìn)行多條通信。這樣，認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)既保持了傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)的組網(wǎng)快速靈活、可伸縮性強(qiáng)、節(jié)省功耗、結(jié)構(gòu)健壯等特點，同時每個節(jié)點又都可以獨立地探測各自的“頻譜機(jī)會”以自主選擇空閑頻段實施通信。認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點既能夠動態(tài)適應(yīng)無線電頻譜環(huán)境變化和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，又能在獲得最高頻率資源利用率的同時提高網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)質(zhì)量。 認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)與蜂窩網(wǎng)絡(luò)互連，不僅能夠提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量，而且能夠通過認(rèn)知無線電技術(shù)機(jī)會式接入頻譜來提高頻譜利用率，增強(qiáng)了二者的優(yōu)勢。因此，為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)通常需要一些節(jié)點充當(dāng)互連網(wǎng)關(guān)，以便認(rèn)知用戶終端能夠以一跳或多跳方式連接到網(wǎng)關(guān)，接著再通過基站以有線方式連接到IP核心網(wǎng)絡(luò)中。因受授權(quán)用戶使用頻譜的限制，認(rèn)知用戶使用的頻譜數(shù)量和位置隨時間在不斷地變化。由于頻譜空穴有限，認(rèn)知用戶之間需要競爭使用這些資源，而且不同認(rèn)知用戶的優(yōu)先級、QoS要求都不一樣，所以認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)需要保證優(yōu)先級高的認(rèn)知用戶先得到服務(wù)，同時，也要保證頻譜資源不會被某些認(rèn)知用戶獨占，即系統(tǒng)需要公平而有效地管理頻譜空穴。因此，認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中頻譜分配基于頻譜資源的可用性，根據(jù)一定的規(guī)則，給認(rèn)知用戶進(jìn)行分配頻譜。在頻譜分配中，需要設(shè)計一個頻譜分配規(guī)則以提高認(rèn)知無線電性能，在保證授權(quán)用戶使用頻譜無沖突的前提，使系統(tǒng)性能得到改善或者接近最優(yōu)狀態(tài)。目前國內(nèi)外頻譜分配算法主要是從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、授權(quán)用戶、認(rèn)知用戶和算法自適應(yīng)等角度去研究認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中授權(quán)用戶與認(rèn)知用戶之間的頻譜分配問題。(I)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)角度頻譜分配目標(biāo)和結(jié)果是關(guān)注頻譜效率還是關(guān)注收斂速度等。根據(jù)分配的目標(biāo)，采取何種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是集中式還是分布式。(2)從授權(quán)用戶角度所提供頻譜數(shù)量和質(zhì)量上是否存在差異；授權(quán)用戶為了一定目標(biāo)米取何種策略。(3)從認(rèn)知用戶角度認(rèn)知用戶的頻譜需求是否相同；是否允許認(rèn)知用戶同時利用多個譜帶進(jìn)行傳輸；認(rèn)知用戶在共享頻譜過程中為了達(dá)到某種目標(biāo)又采取何種策略。( 4)從所提頻譜分配算法自適應(yīng)角度所提算法是否具有自適應(yīng)特性以及收斂性。這些頻譜分配策略的不足之處在于未考慮用戶間不同服務(wù)等級的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種適用于認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法，以實現(xiàn)根據(jù)不同的用戶需要合理分配頻譜的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種適用于認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法，包括以下步驟
授權(quán)用戶和認(rèn)知簇頭用戶間進(jìn)行簇間頻譜分配
頻譜提供者為授權(quán)用戶提供一定數(shù)量的頻譜，
將認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簇頭用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類，
上述簇頭用戶與授權(quán)用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從授權(quán)用戶獲得部分頻譜用于頻譜共享； 以及
認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中簇頭用戶和簇成員用戶進(jìn)行簇內(nèi)頻譜分配
將認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簇成員用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類，
上述簇成員用戶與各自簇頭用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從上述授權(quán)用戶獲得的部分頻譜用于頻譜共享，
每個簇頭用戶將上述頻譜共享所剩下的頻譜用于自身的通信。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述簇間頻譜分配過程中，根據(jù)各自優(yōu)先級的所有簇頭用戶獲得的頻譜總數(shù)與各自優(yōu)先級所在的簇頭用戶總數(shù)，得到單個簇頭用戶獲得的頻譜數(shù)目，根據(jù)各自優(yōu)先級的所有簇成員用戶購得的頻譜總數(shù)與各自優(yōu)先級所在的簇成員用戶總數(shù)，得到單個簇成員用戶獲得的頻譜數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述簇間頻譜分配過程中，處于不同優(yōu)先等級的簇頭用戶獲得的頻譜數(shù)目不同，優(yōu)先級越高，獲得的頻譜數(shù)目越多；上述簇內(nèi)頻譜分配過程中，處于不同優(yōu)先等級的簇成員用戶獲得的頻譜數(shù)目不同，優(yōu)先級越高，獲得的頻譜數(shù)目越多；同時，所述簇頭用戶所在優(yōu)先級越高，其簇內(nèi)的簇成員獲得的頻譜越多。本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在簇間、簇內(nèi)兩階段的頻譜分配方式。進(jìn)行簇間頻譜分配時，授權(quán)用戶和認(rèn)知簇頭用戶進(jìn)行頻譜共享。將授權(quán)用戶看作是頻譜的提供者，將具有不同優(yōu)先級的認(rèn)知簇頭用戶看作是頻譜的使用方，這些認(rèn)知簇頭用戶通過與授權(quán)用戶進(jìn)行協(xié)商，以最優(yōu)條件從授權(quán)用戶處訂購不同數(shù)量的頻譜。進(jìn)行簇內(nèi)頻譜分配時，認(rèn)知簇頭用戶是頻譜的提供方，簇內(nèi)具有不同優(yōu)先級的認(rèn)知簇成員用戶是頻譜的使用方，簇內(nèi)認(rèn)知簇成員用戶與所在簇的認(rèn)知簇頭用戶進(jìn)行協(xié)商，以最優(yōu)條件從簇頭處訂購不同數(shù)量的頻譜。從而根據(jù)頻譜用戶的優(yōu)先級不同分配不同的頻譜，達(dá)到了根據(jù)不同的用戶需要合理分配頻譜的目的。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中
圖I為本發(fā)明實施例所述的認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配的系統(tǒng)模型示意 圖2為本發(fā)明實施例所述的認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法原理圖。
其中，圖I中,p"為主用戶節(jié)點；_為簇頭節(jié)點；_彳為簇成員節(jié)點。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I、圖2所示，一種適用于認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法，包括以下步驟
授權(quán)用戶和認(rèn)知簇頭用戶間進(jìn)行簇間頻譜分配
頻譜提供者為授權(quán)用戶提供一定數(shù)量的頻譜，
將認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簇頭用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類，
簇頭用戶與授權(quán)用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從授權(quán)用戶獲得部分頻譜用于頻譜共享；
以及
認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中簇頭用戶和簇成員用戶進(jìn)行簇內(nèi)頻譜分配
將認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簇成員用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類，
簇成員用戶與各自簇頭用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從授權(quán)用戶獲得的部分頻譜用于頻譜共享，
每個簇頭用戶將頻譜共享所剩下的頻譜用于自身的通信。其中，簇間頻譜分配過程中，根據(jù)各自優(yōu)先級的所有簇頭用戶獲得的頻譜總數(shù)與各自優(yōu)先級所在的簇頭用戶總數(shù)，得到單個簇頭用戶獲得的頻譜數(shù)目，根據(jù)各自優(yōu)先級的所有簇成員用戶購得的頻譜總數(shù)與各自優(yōu)先級所在的簇成員用戶總數(shù)，得到單個簇成員用戶獲得的頻譜數(shù)目。簇間頻譜分配過程中，處于不同優(yōu)先等級的簇頭用戶獲得的頻譜數(shù)目不同，優(yōu)先級越高，獲得的頻譜數(shù)目越多；簇內(nèi)頻譜分配過程中，處于不同優(yōu)先等級的簇成員用戶獲得的頻譜數(shù)目不同，優(yōu)先級越高，獲得的頻譜數(shù)目越多；同時，所述簇頭用戶所在優(yōu)先級越高，其簇內(nèi)的簇成員獲得的頻譜越多。其中分配的條件為價格、帶寬、需求等影響通信質(zhì)量的通信因子。對于第一階段的頻譜分配，頻譜提供者的收益由兩部分組成第一部分來自授權(quán)用戶使用其分得的頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；第二部分來自具有優(yōu)先等級的認(rèn)知簇頭用戶及認(rèn)知簇成員用戶使用其分得的頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)進(jìn)行頻譜分配的穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)因子和優(yōu)先級數(shù)目。系統(tǒng)進(jìn)行頻譜分配的時間開銷與優(yōu)先級數(shù)目和認(rèn)知用戶數(shù)目密切相關(guān)。若認(rèn)知用戶數(shù)目一定，系統(tǒng)進(jìn)行頻譜分配的時間開銷隨優(yōu)先級數(shù)目的增加而線性增加；若優(yōu)先級數(shù)目一定，系統(tǒng)進(jìn)行頻譜分配的時間開銷隨認(rèn)知用戶的增加而緩慢增加。在頻譜分配階段，頻譜提供者隨機(jī)選擇初始條件(價格)Pl [O]，并把這個條件告知給頻譜使用者。然后，基于需求函數(shù)，頻譜提供者確定所需頻譜數(shù)目并反饋給頻譜使用者。頻譜使用者從頻譜提供者的需求量中減去供應(yīng)的頻譜數(shù)目，從而得到額外需求。若如果需求量高于供應(yīng)量，頻譜提供者將增加條件以獲得較高的收益；反之，若需求量低于供應(yīng)量，頻譜提供者將降低條件以獲得較高的收益。為了得到下次迭代的條件，需要計算本次t時刻的頻譜需求量和頻譜供應(yīng)量之間的差值，加權(quán)計算后(權(quán)重為，稱之為學(xué)習(xí)因子)，得到本次迭代和下一次迭代價格間的關(guān)系表示式。此過程重復(fù)進(jìn)行，直到滿足終止條件為止。學(xué)習(xí)因子對價格調(diào)整有很大的影響。如果學(xué)習(xí)因子大，則頻譜提供者在很大程度上依賴于額外需求信息，會導(dǎo)致價格調(diào)整上的波動，使條件不能達(dá)到一個穩(wěn)定狀態(tài)。如果學(xué)習(xí)因子小，則頻譜提供者依賴額外需求信息的程度減小，能夠很快達(dá)到價格的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，需通過局部穩(wěn)定性分析來得到穩(wěn)定條件，并確定學(xué)習(xí)因子的取值范圍以獲得一個穩(wěn)定條件。在圖I中，認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由具有認(rèn)知功能的簇頭用戶和簇成員用戶組成，認(rèn)知簇頭用戶具有接入蜂窩網(wǎng)的接口，從而可以與蜂窩網(wǎng)中的授權(quán)用戶進(jìn)行通信。階段I、進(jìn)行簇間頻譜分配
授權(quán)用戶和認(rèn)知簇頭用戶間的頻譜分配。令頻譜提供者為NI個授權(quán)用戶提供的單元頻譜數(shù)目為W，NI個授權(quán)用戶和認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中具有m個優(yōu)先級的N2個認(rèn)知簇頭用戶共享Ql頻譜，此階段中的認(rèn)知簇頭用戶訂購的頻譜單價為P1?！ご仡^用戶共有m個優(yōu)先等級，其中優(yōu)先級I為最高等級，優(yōu)先級m為最低等級。等級i (i=l，…m)的簇頭用戶數(shù)目為II1，購得的頻譜總數(shù)為M1，則每個簇頭用戶獲得的頻
譜數(shù)目為Uw]/%」(若頻譜數(shù)目為小數(shù)，則取整)。假若不存在某個等級的簇頭用戶，則給其分配的頻譜為空。階段2、進(jìn)行簇內(nèi)頻譜分配
一個簇內(nèi)，認(rèn)知簇頭用戶和認(rèn)知簇成員用戶的頻譜分配。認(rèn)知簇頭用戶將第一階段獲得的部分頻譜，以單價P2分配給其所在簇的具有k個優(yōu)先級的N3個認(rèn)知簇成員用戶，而
剩余部分則用于自身的通信。令處于等級i的認(rèn)知簇頭用戶數(shù)目Sni，則在該等級的每
個認(rèn)知簇頭用戶獲得的頻譜數(shù)目為^ (&=a+S)，其中，Mi為等級i的認(rèn)知簇頭用
Ili
戶獲得的頻譜單元總數(shù)，Q2為以單價P2分配給認(rèn)知簇成員用戶的頻譜數(shù)目，C2用于認(rèn)知簇頭用戶自身的通信活動。這Ι-k個優(yōu)先等級依次遞減，簇成員用戶獲得的頻譜數(shù)目為
/\.」(若為小數(shù)，則取整)，其中為優(yōu)先級j的簇成員個數(shù)，bj為這些簇成員獲得的
頻譜總數(shù)目。假若不存在某個等級的簇成員用戶，則給其分配的頻譜為空。圖2中，Ql :用于頻譜共享的頻譜數(shù)量；
Pl :頻譜提供者出售簇頭的頻譜單價；
Mi :處于優(yōu)先等級i的所有簇頭獲得的頻譜數(shù)量；
Q2 :簇頭分配給簇成員節(jié)點的頻譜數(shù)量；
P2 :簇頭出售簇成員節(jié)點的頻譜單價；
bj :處于優(yōu)先等級j的所有簇成員節(jié)點獲得的頻譜數(shù)量。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適用于認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法，其特征在于，包括以下步驟 授權(quán)用戶和認(rèn)知簇頭用戶間進(jìn)行簇間頻譜分配 頻譜提供者為授權(quán)用戶提供一定數(shù)量的頻譜， 將認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簇頭用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類， 上述簇頭用戶與授權(quán)用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從授權(quán)用戶獲得部分頻譜用于頻譜共享； 以及 認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中簇頭用戶和簇成員用戶進(jìn)行簇內(nèi)頻譜分配 將認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的簇成員用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類， 上述簇成員用戶與各自簇頭用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從上述授權(quán)用戶獲得的部分頻譜用于頻譜共享， 每個簇頭用戶將上述頻譜共享所剩下的頻譜用于自身的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于認(rèn)知AdHoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法，其特征在于，所述簇間頻譜分配過程中，根據(jù)各自優(yōu)先級的所有簇頭用戶獲得的頻譜總數(shù)與各自優(yōu)先級所在的簇頭用戶總數(shù)，得到單個簇頭用戶獲得的頻譜數(shù)目，根據(jù)各自優(yōu)先級的所有簇成員用戶購得的頻譜總數(shù)與各自優(yōu)先級所在的簇成員用戶總數(shù)，得到單個簇成員用戶獲得的頻譜數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的適用于認(rèn)知AdHoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法，其特征在于，上述簇間頻譜分配過程中，處于不同優(yōu)先等級的簇頭用戶獲得的頻譜數(shù)目不同，優(yōu)先級越高，獲得的頻譜數(shù)目越多；上述簇內(nèi)頻譜分配過程中，處于不同優(yōu)先等級的簇成員用戶獲得的頻譜數(shù)目不同，優(yōu)先級越高，獲得的頻譜數(shù)目越多；同時，所述簇頭用戶所在優(yōu)先級越高，其簇內(nèi)的簇成員獲得的頻譜越多。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于認(rèn)知AdHoc網(wǎng)絡(luò)的基于優(yōu)先級的頻譜分配方法，包括授權(quán)用戶和認(rèn)知簇頭用戶間進(jìn)行簇間頻譜分配頻譜提供者為授權(quán)用戶提供一定數(shù)量的頻譜，將認(rèn)知AdHoc網(wǎng)絡(luò)的簇頭用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類，簇頭用戶與授權(quán)用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從授權(quán)用戶獲得部分頻譜用于頻譜共享；認(rèn)知AdHoc網(wǎng)絡(luò)中簇頭用戶和簇成員用戶進(jìn)行簇內(nèi)頻譜分配將認(rèn)知AdHoc網(wǎng)絡(luò)的簇成員用戶按照服務(wù)等級要求進(jìn)行優(yōu)先級劃分歸類，簇成員用戶與各自簇頭用戶進(jìn)行頻譜的分配協(xié)商，以最優(yōu)條件從授權(quán)用戶獲得的部分頻譜用于頻譜共享，每個簇頭用戶將上述頻譜共享所剩下的頻譜用于自身的通信。以實現(xiàn)根據(jù)不同的用戶需要合理分配頻譜的優(yōu)點。
文檔編號H04W16/14GK102905275SQ201210380480
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者李翠然, 謝健驪, 趙佳穎 申請人:蘭州交通大學(xué)