專利名稱：一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體的說，是在異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中，對(duì)鄰居網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和識(shí)別的一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
在過去幾十年里，基于不同標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)因其高效性和靈活性得到了快速發(fā)展，異構(gòu)多認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)共存的場景已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。然而，在異構(gòu)多網(wǎng)共存環(huán)境中通用共存協(xié)議尚不完善，基于不同標(biāo)準(zhǔn)和多種配置的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)都有自身獨(dú)特的需求(工作帶寬、傳輸功率、系統(tǒng)架構(gòu)、終端類型等)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力不同、通信協(xié)議不同、業(yè)務(wù)支持不同、可用資源存在時(shí)空差異性。當(dāng)基于不同標(biāo)準(zhǔn)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共享相同頻段時(shí)，網(wǎng)絡(luò)之間缺乏協(xié)作、相互干擾，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。雖然大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都采用了干擾避免機(jī)制來減少網(wǎng)間干擾，但這些機(jī)制主要解決同構(gòu)多網(wǎng)之間的沖突，對(duì)于異步時(shí)隙、不同調(diào)度模式、不同傳輸/干擾范圍和不兼容通信機(jī)制的異構(gòu)多網(wǎng)而言是無效的。協(xié)調(diào)和控制覆蓋區(qū)域相互重疊的異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的行為，確保共存的所有系統(tǒng)能夠正常工作、避免網(wǎng)間干擾、優(yōu)化資源配置，這是必須要解決的技術(shù)問題。為了實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)共存協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)識(shí)別是先決條件。網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的目的是實(shí)現(xiàn)共存區(qū)域內(nèi)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的檢測、識(shí)別和分類。利用網(wǎng)絡(luò)識(shí)別信息能獲知當(dāng)前通信環(huán)境中運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的種類和規(guī)模，以此制定共存協(xié)調(diào)策略，從而更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間資源協(xié)調(diào)?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別和分析技術(shù)主要基于拆分接收數(shù)據(jù)包，且需要進(jìn)行解調(diào)和解碼操作。但在實(shí)際情況中，數(shù)據(jù)包解碼并不是任何時(shí)候都可行，并且在采用信息加密技術(shù)和電磁干擾(EMI)技術(shù)的系統(tǒng)中解調(diào)接收信號(hào)也非常困難。因此基于拆分接收數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別技術(shù)在異構(gòu)多網(wǎng)共存環(huán)境中是不可行的。而各種網(wǎng)絡(luò)無論采用哪種信息處理技術(shù)，無線信號(hào)的傳播是公開的。因此，基于物理層信號(hào)特征和MAC層協(xié)議特征進(jìn)行認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別的機(jī)制可行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法。該網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法綜合了多個(gè)信號(hào)特征和協(xié)議特征，識(shí)別的可靠性得到很大的提高，并且在識(shí)別過程中不需要任何與信號(hào)相關(guān)的先驗(yàn)信息，滿足實(shí)際異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求。所述異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)由ffiEE802.1laf無線局域網(wǎng)、IEEE802.22無線區(qū)域網(wǎng)、IEEE802.15.4m智能公共事業(yè)網(wǎng)、IEEE802.16h WiMax網(wǎng)絡(luò)以及ECMA392智能信息柵格網(wǎng)及其他網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。所述IEEE802.1laf無線局域網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為64，循環(huán)前綴(CP)比例為1/4，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波。MAC層采用CSMA/CA協(xié)議，傳輸波形基于突發(fā)模式，無巾貞長的概念。所述IEEE802.22無線區(qū)域網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為2048，循環(huán)前綴(CP)比例可為1/4、1/8、1/16、1/32，導(dǎo)頻間隔為7個(gè)子載波。MAC層采用TDMA協(xié)議，傳輸波形基于巾貞，巾貞長為10ms。所述IEEE802.15.4m智能公共事業(yè)網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且DFT點(diǎn)數(shù)為128，循環(huán)前綴(CP)比例可為1/4、1/8、1/16、1/32，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波。MAC層采用CSMA/CA協(xié)議,傳輸波形基于突發(fā)模式，無巾貞長的概念。所述IEEE802.16h WiMax網(wǎng)絡(luò)的物理層采用OFDMA技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為512，循環(huán)前綴(CP)比例為1/8，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波。MAC層采用TDMA協(xié)議，傳輸波形基于幀，幀長可為5ms、10ms。所述ECMA392智能信息柵格網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為128，循環(huán)前綴(CP)比例可為1/8、1/16、1/32，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波。MAC層采用CSMA/CA協(xié)議，傳輸波形基于超巾貞，巾貞長可為5ms、10ms。為了達(dá)到識(shí)別上述網(wǎng)絡(luò)的目的，本發(fā)明提供了一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:采用能量檢測法執(zhí)行協(xié)議特征檢測、采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測法執(zhí)行信號(hào)特征檢測，兩者結(jié)合完成網(wǎng)絡(luò)識(shí)別。所述能量檢測法執(zhí)行協(xié)議特征檢測，發(fā)現(xiàn)和識(shí)別鄰網(wǎng)在特定時(shí)間周期內(nèi)是否處于激活狀態(tài)，并根據(jù)激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議特征。如果激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間間隔固定，則傳輸波形基于幀，幀長為激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間。如果激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間間隔無周期性，則傳輸波形基于突發(fā)。能量檢測法獲得判決統(tǒng)計(jì)量時(shí)，采用改進(jìn)的接收功率表達(dá)式為:
權(quán)利要求
1.一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:所述異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)由ffiEE802.1laf無線局域網(wǎng)、IEEE802.22無線區(qū)域網(wǎng)、IEEE802.15.4m智能公共事業(yè)網(wǎng)、IEEE802.16h WiMax網(wǎng)絡(luò)以及ECMA392智能信息柵格網(wǎng)及其他網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:所述IEEE802.1laf無線局域網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為64，循環(huán)前綴(CP)比例為1/4，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波；MAC層采用CSMA/CA協(xié)議，傳輸波形基于突發(fā)模式，無巾貞長的概念。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:所述IEEE802.22無 線區(qū)域網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為2048，循環(huán)前綴(CP)比例可為1/4、1/8、1/16、1/32，導(dǎo)頻間隔為7個(gè)子載波；MAC層采用TDMA協(xié)議，傳輸波形基于巾貞，巾貞長為10ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:所述IEEE802.15.4m智能公共事業(yè)網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且DFT點(diǎn)數(shù)為128，循環(huán)前綴(CP)比例可為1/4、1/8、1/16、1/32，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波；MAC層采用CSMA/CA協(xié)議,傳輸波形基于突發(fā)模式,無巾貞長的概念。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:所述IEEE802.16h WiMax網(wǎng)絡(luò)的物理層采用OFDMA技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為512，循環(huán)前綴(CP)比例為1/8，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波；MAC層采用TDMA協(xié)議，傳輸波形基于幀，幀長可為 5ms、10ms。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:所述ECMA392智能信息柵格網(wǎng)的物理層采用OFDM技術(shù)且FFT點(diǎn)數(shù)為128，循環(huán)前綴(CP)比例可為1/8、1/16、1/32，導(dǎo)頻間隔為14個(gè)子載波；MAC層采用CSMA/CA協(xié)議，傳輸波形基于超巾貞，巾貞長可為5ms、10ms。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:采用能量檢測法執(zhí)行協(xié)議特征檢測、采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測法執(zhí)行信號(hào)特征檢測，兩者結(jié)合完成網(wǎng)絡(luò)識(shí)別。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:所述能量檢測法執(zhí)行協(xié)議特征檢測，發(fā)現(xiàn)和識(shí)別鄰網(wǎng)在特定時(shí)間周期內(nèi)是否處于激活狀態(tài)，并根據(jù)激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間確定網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議特征。如果激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間間隔固定，則傳輸波形基于幀，幀長為激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間；如果激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間間隔無周期性，則傳輸波形基于突發(fā)。能量檢測法獲得判決統(tǒng)計(jì)量時(shí)，采用改進(jìn)的接收功率表達(dá)式為:M=丄藝.χ.["+["+人] L:() 其中，L為觀察窗口長度，x[n]為接收信號(hào)采樣序列。如果時(shí)刻η的接收功率大于預(yù)定門限值，則判定該網(wǎng)絡(luò)處于激活狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:FFT點(diǎn)數(shù)不同，則OFDM符號(hào)的周期不同，且該周期與CP比例大小無關(guān)；CP比例不同，則OFDM符號(hào)的周期也不同，且該周期與FFT點(diǎn)數(shù)的大小無關(guān)。所述循環(huán)平穩(wěn)特征檢測法同時(shí)利用OFDM符號(hào)的FFT點(diǎn)數(shù)和CP比例對(duì)應(yīng)的兩個(gè)循環(huán)平穩(wěn)特征通過分析信號(hào)循環(huán)相關(guān)譜的譜峰分布情況識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的物理層信號(hào)特征。循環(huán)平穩(wěn)特性劃分為兩組:位于循環(huán)頻率a =0處的譜峰歸為A組，α古O處的譜峰歸為B組，A組特性表征OFDM符號(hào)的周期性，B組特性反映CP因子的周期性。A組特征值作為B組特征值的權(quán)重系數(shù)，定義判決表達(dá)式為:
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述，一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，其特征在于:由以下步驟組成: 步驟一、當(dāng)檢測到鄰網(wǎng)信號(hào)時(shí)，運(yùn)行能量檢測方法識(shí)別MAC層協(xié)議特征，確定網(wǎng)絡(luò)傳輸波形類別。對(duì)于傳輸波形基于巾貞的鄰網(wǎng)，確定其信號(hào)巾貞長； 步驟二、運(yùn)行循環(huán)平穩(wěn)特征檢測，通過分析信號(hào)的循環(huán)相關(guān)譜的譜峰分布情況識(shí)別鄰網(wǎng)的物理層信號(hào)特征； 步驟三、如果根據(jù)步驟一所得到的信號(hào)傳輸波形基于幀或超幀，那么執(zhí)行步驟四，否則執(zhí)行步驟七； 步驟四、如果信號(hào)幀長為IOms并且根據(jù)步驟二所得到的信號(hào)特征與IEEE802.22系統(tǒng)相符，那么鄰網(wǎng)被識(shí)別為IEEE802.22系統(tǒng)，識(shí)別過程結(jié)束，否則執(zhí)行步驟五； 步驟五、如果信號(hào)幀長為5ms并且根據(jù)步驟二所得到的信號(hào)特征與IEEE802.16h系統(tǒng)相符，那么鄰網(wǎng)被識(shí)別為IEEE802.16h系統(tǒng)，識(shí)別過程結(jié)束，否則執(zhí)行步驟六； 步驟六、如果信號(hào)幀長為5ms并且根據(jù)步驟二所得到的信號(hào)特征與ECMA392系統(tǒng)相符，那么鄰網(wǎng)被識(shí)別為ECMA392系統(tǒng)，否則鄰網(wǎng)為其他未知網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別過程結(jié)束； 步驟七、如果根據(jù)步驟二所得到的信號(hào)特征與IEEE802.1laf系統(tǒng)相符，那么鄰網(wǎng)被識(shí)別為IEEE802.1laf系統(tǒng)，否則執(zhí)行步驟八； 步驟八、如果根據(jù)步驟二所得到的信號(hào)特征與IEEE802.15.4m系統(tǒng)相符，那么鄰網(wǎng)被識(shí)別為IEEE802.15.4m系統(tǒng)，否則鄰網(wǎng)為其他未知網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)共存環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法，該網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法針對(duì)由IEEE802.11af無線局域網(wǎng)、IEEE802.22無線區(qū)域網(wǎng)、IEEE802.15.4m智能公共事業(yè)網(wǎng)、IEEE802.16h WiMax網(wǎng)絡(luò)以及ECMA392智能信息柵格網(wǎng)及其他網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的異構(gòu)多認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)，采用能量檢測法執(zhí)行協(xié)議特征檢測、采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測法執(zhí)行信號(hào)特征檢測，兩者結(jié)合完成網(wǎng)絡(luò)識(shí)別。本發(fā)明的顯著特點(diǎn)是結(jié)合能量檢測和循環(huán)平穩(wěn)特征檢測，利用多個(gè)信號(hào)特征和協(xié)議特征，有效地提高網(wǎng)絡(luò)識(shí)別性能，在循環(huán)平穩(wěn)特征檢測過程中同時(shí)利用循環(huán)平穩(wěn)的多個(gè)特性，有效降低了因Byzantine威脅和隨機(jī)誤差等因素導(dǎo)致的虛警概率，且識(shí)別過程中不需要任何與信號(hào)相關(guān)的先驗(yàn)信息，滿足實(shí)際異構(gòu)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求。
文檔編號(hào)H04W24/00GK103179593SQ201310129298
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者馮文江, 蔣蓉, 黃天聰, 鄧岑, 唐夲, 蔣穎, 代才莉, 李曉光 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)