一種聯(lián)合最佳接納控制和剔除控制的流量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)質(zhì)量保證和性能優(yōu)化，提出了一種聯(lián)合最佳接納控制和剔除控制的QoS保證機(jī)制，包括系統(tǒng)的初始化、計(jì)算出最佳接納概率和剔除概率以及認(rèn)知用戶的各個(gè)性能指標(biāo)。本發(fā)明基于動(dòng)態(tài)接納概率和剔除概率的QoS保證機(jī)制，可以在使得系統(tǒng)吞吐率最大化的情況下，同時(shí)嚴(yán)格地保證認(rèn)知用戶的QoS要求；所述方法可以在集中式網(wǎng)絡(luò)中得以實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】一種聯(lián)合最佳接納控制和剔除控制的流量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中流量控制的方法，尤其涉及一種聯(lián)合最佳接納和剔除控制的策略。
技術(shù)背景
[0002]認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)能使認(rèn)知用戶有能力去感知認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有被授權(quán)用戶使用的頻譜空穴，進(jìn)而機(jī)會(huì)地去利用這些頻譜空穴以達(dá)到提高頻譜利用率的目的。然而，由于授權(quán)用戶的不確定性使得認(rèn)知用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)往往得不到保證，因此，在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中保證認(rèn)知用戶的QoS要求成為了人們研究的重點(diǎn)。
[0003]呼叫接納控制是保證認(rèn)知用戶QoS要求的一個(gè)重要的方法。它是基站根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的負(fù)載情況，并同時(shí)考慮新到認(rèn)知用戶對(duì)其他用戶服務(wù)質(zhì)量的影響來(lái)決定是否接納新到的認(rèn)知用戶。目前傳統(tǒng)的接納控制策略都是基于預(yù)留信道機(jī)制和切換緩沖區(qū)機(jī)制，以及基于接納概率機(jī)制的。對(duì)于預(yù)留信道機(jī)制，就是基站事先預(yù)留一部分信道，只用于服務(wù)優(yōu)先級(jí)較高的切換用戶(由于授權(quán)用戶的到來(lái)而被擠占的用戶)，當(dāng)系統(tǒng)中只有預(yù)留信道可用時(shí)，將拒絕認(rèn)知用戶接入系統(tǒng)，以保證認(rèn)知用戶的掉線率(即被迫中斷服務(wù)的概率)保持在某一門限值以下；而對(duì)于切換緩沖區(qū)機(jī)制，則是切換用戶將被掛起(或進(jìn)入虛擬緩沖區(qū)中)等待直到有可用的信道出現(xiàn)，在切換用戶被掛起的過(guò)程中，將拒絕所有新到的認(rèn)知用戶接入系統(tǒng)；在接納概率的機(jī)制中，所有新到用戶都將以概率P接入系統(tǒng)(即靜態(tài)接納控制)，以控制系統(tǒng)流量，達(dá)到保證認(rèn)知用戶Q0S的目的。
[0004]雖然這些方法都能保證認(rèn)知用戶的QoS要求，但仍然存在一些不足，使得系統(tǒng)的吞吐率達(dá)不到最優(yōu)。首先，即便給出了最佳的預(yù)留信道，認(rèn)知用戶的掉線率也不一定剛好處于給定門限值處(有可能比給定的門限值低很多)，這樣將使得系統(tǒng)吞吐率降級(jí)很多；其次，處于緩沖區(qū)中等待的用戶若長(zhǎng)時(shí)間得不到可用信道，則此時(shí)的切換時(shí)延將會(huì)很大，同樣不能滿足用戶的QoS要求；最后，若對(duì)所有用戶都以概率P接入系統(tǒng)，則當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載很輕的時(shí)候，此時(shí)的控制是沒(méi)必要的，這樣也降低了系統(tǒng)的吞吐率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合最佳接納和剔除控制的策略，該策略是基于動(dòng)態(tài)接納概率的，即基站對(duì)認(rèn)知用戶的接納概率是隨著系統(tǒng)負(fù)載的變化而變化的，它可以使系統(tǒng)吞吐率在到達(dá)最大的情況下，同時(shí)保證認(rèn)知用戶的掉線率和平均切換時(shí)延保持在給定門限以下。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種聯(lián)合最佳接納控制和剔除控制的流量控制方法，應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，包括以下步驟:
[0008]步驟(a)、系統(tǒng)初始化；
[0009]步驟(b)、認(rèn)知用戶進(jìn)行信道感知，將感知結(jié)果發(fā)送給基站；[0010]步驟(C)、基站根據(jù)感知結(jié)果查找對(duì)應(yīng)的最佳接納概率向量表或最佳剔除概率向量表，其中，假設(shè)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)為(i，j，k)，基站將在區(qū)間[0，1]中取一個(gè)隨機(jī)數(shù)t，所述i，j，k分別表示系統(tǒng)中活躍的授權(quán)用戶數(shù)、活躍的認(rèn)知用戶數(shù)和緩沖區(qū)中等待的用戶數(shù)；
[0011](c.1)對(duì)于新到用戶，若該隨機(jī)數(shù)t小于對(duì)應(yīng)的接納概率;，則該用戶將被隨機(jī)分配一個(gè)空閑信道接受服務(wù)；否則該用戶將被阻塞掉；
[0012](c.2)對(duì)于切換用戶，如果系統(tǒng)當(dāng)前有空閑信道，即i+j〈M，M為總的授權(quán)信道數(shù)，則基站將不做任何控制直接給該切換用戶隨機(jī)分配一個(gè)空閑信道；否則若隨機(jī)數(shù)t小于對(duì)
應(yīng)的剔除概率，則該切換用戶將進(jìn)入緩沖區(qū)中等待直到有空閑信道為止；否則它將
被中斷服務(wù)直接掉線。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果為:可以使系統(tǒng)的吞吐率最大化，同時(shí)能夠嚴(yán)格地保證認(rèn)知用戶的掉線率和平均切換時(shí)延；可在集中式網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
[0015]圖2為基于動(dòng)態(tài)接納概率和剔除概率的QoS保證機(jī)制的流程圖；
[0016]圖3為性能仿真中認(rèn)知用戶的阻塞率對(duì)比圖；
[0017]圖4為性能仿真中認(rèn)知用戶的掉線率對(duì)比圖；
[0018]圖5為性能仿真中認(rèn)知用戶的平均切換時(shí)延對(duì)比圖；
[0019]圖6為性能仿真中認(rèn)知用戶的吞吐率對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及示例性實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的示例性實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的適用范圍。
[0021]考慮這樣一個(gè)集中式認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò):授權(quán)用戶較認(rèn)知用戶有絕對(duì)的優(yōu)先級(jí)去占用授權(quán)信道，且緩沖區(qū)中的用戶比新到的認(rèn)知用戶的優(yōu)先級(jí)高，即當(dāng)且僅當(dāng)緩沖區(qū)為空時(shí)，新到的認(rèn)知用戶才有可能進(jìn)入系統(tǒng)接受服務(wù)。
[0022]在本發(fā)明中，基站將根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)來(lái)對(duì)認(rèn)知用戶進(jìn)行相應(yīng)的控制，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的接納控制和剔除控制?；趧?dòng)態(tài)接納概率和剔除概率的QoS保證機(jī)制的流程圖如圖2所示，包括以下步驟:
[0023]步驟(a)、系統(tǒng)初始化:
[0024](a.1)給定系統(tǒng)參數(shù)?？紤]這樣一個(gè)具有切換緩沖區(qū)的集中式認(rèn)知系統(tǒng):包括總的授權(quán)信道數(shù)M，授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的到達(dá)率Xs及其服務(wù)率μ s (假設(shè)用戶都以泊松過(guò)程到達(dá)和離開(kāi)系統(tǒng))。
[0025](a.2)確定最佳接納概率向量表Fad和剔除概率向量表F ev，其由不同系統(tǒng)狀態(tài)下的最佳接納概率和最佳剔除概率《談組成，即
【權(quán)利要求】
1.一種聯(lián)合最佳接納控制和剔除控制的流量控制方法，應(yīng)用于認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，包括以下步驟: 步驟(a)、系統(tǒng)初始化； 步驟(b)、認(rèn)知用戶進(jìn)行信道感知，將感知結(jié)果發(fā)送給基站； 步驟(C)、基站根據(jù)感知結(jié)果查找對(duì)應(yīng)的最佳接納概率向量表或最佳剔除概率向量表，其中，假設(shè)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)為(i，j，k)，基站將在區(qū)間[0，1]中取一個(gè)隨機(jī)數(shù)t，所述i，j，k分別表示系統(tǒng)中活躍的授權(quán)用戶數(shù)、活躍的認(rèn)知用戶數(shù)和緩沖區(qū)中等待的用戶數(shù)； (c.1)對(duì)于新到用戶，若該隨機(jī)數(shù)t小于對(duì)應(yīng)的接納概率，則該用戶將被隨機(jī)分配一個(gè)空閑信道接受服務(wù)；否則該用戶將被阻塞掉； (c.2)對(duì)于切換用戶，如果系統(tǒng)當(dāng)前有空閑信道，即i+j〈M，M為總的授權(quán)信道數(shù)，則基站將不做任何控制直接給該切換用戶隨機(jī)分配一個(gè)空閑信道；否則若隨機(jī)數(shù)t小于對(duì)應(yīng)的剔除概率，則該切換用戶將進(jìn)入緩沖區(qū)中等待直到有空閑信道為止；否則它將被中斷服務(wù)直接掉線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟(a)包括: (a.1)給定系統(tǒng)參數(shù):總的授權(quán)信道數(shù)M、授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的到達(dá)率入5和As及其服務(wù)率μ P和μ s; (a.2)確定最佳接納概率向量表Fad和剔除概率向量表Fev，其由不同系統(tǒng)狀態(tài)下的最佳接納概率K廣和最佳剔除概`率;組成，即Pad = {P-^j'k) \o < i < M,0 < j < M -1,0 < k < M -， Pct = {pp\J,k) |θ < I < M, O < j < M — i,0 < k < M — α
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述步驟(a.2)包括: (a.2.1)計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)概率，得到系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率Puk ； (a.2.2)根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)概率計(jì)算系統(tǒng)的性能指標(biāo)； (a.2.3)給出系統(tǒng)的最優(yōu)化問(wèn)題描述，以求得最佳接納概率和剔除概率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述步驟(a.2.1)包括: 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖得到平衡方程式: (^A + 入A + 入ACk) + + JMs) Pj, =(i + 1)μθ2ρ.+ι,,_ + {i + Ι)μθ2ρ.+^_ΙΛ+1 +(7+ ?)μθ2ρ..+ι1( +λΑ (1 — C".’4)) a-w+u + KePi I,,,.+ λΡθ,ρ{^'^ι)Ρι w+ι,.-ι +J>S(1 — e2)pljk^ + λθχρ{^-λΛ)ρ^_^
其中 θ I = li+J<M ； θ 2 = Ik = 0 ； θ 3 = li+J = MftJ>0;表示在當(dāng)前狀態(tài)(i，j, k)下新到認(rèn)知用戶的最佳接納概率；P^;J'k)表示在當(dāng)前狀態(tài)(i，j, k)下切換用戶的最佳切換概率(即進(jìn)入緩沖區(qū)中等待的概率)；Puk表示在當(dāng)前狀態(tài)(i，j，k)下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)概率； 聯(lián)合上述平衡方程式和歸一化等式P/，,，/、.= I求解得到各個(gè)狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)概率 Pi, j,k°
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述性能指標(biāo)包括: i)認(rèn)知用戶的阻塞率:
pe?) = Σ (1-W,


y i,j,k ii)認(rèn)知用戶的掉線率:^ Σ (1H ~ P, (P ,,P ) = 1+J=M'J>0.-r- drop \ ad7 ev J^ i [ _ p \S1 \block J iii)認(rèn)知用戶的平均切換時(shí)延: /\ N,, , N1 _ P / PP \ _ _hdof.buffer` ho 1 ad, ev} — JV' ~R

col Isionhdof其中=表示每到一個(gè)授權(quán)用戶，被切換到緩沖區(qū)中等待的認(rèn)知用戶的平均數(shù)；_ j表示每到一個(gè)授權(quán)用戶，與其發(fā)生碰撞的認(rèn)知用戶的平均數(shù)；^^P 7表示系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)緩沖區(qū)中的平均用戶數(shù)；A- - = Κ.j W’k、.表示認(rèn)知用戶被切換到緩沖區(qū)中的平均速率； iv)認(rèn)知用戶的吞吐率:
Rth (P ad，F(xiàn)ev)—入 s.(Ublock).(1-Pdrop) °
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述最優(yōu)化問(wèn)題描述為: max Rth (Pad, Pev)
Ku) ^ K s.t.卜(P^ PeX，
O < P < I

ad
O < P < I
Lad 其中和A分別為認(rèn)知用戶的掉線率和平均切換時(shí)延的門限值。
【文檔編號(hào)】H04W28/02GK103596220SQ201310552167
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】劉干, 董有臣, 饒海洋, 周凡超, 何國(guó)寶, 崔飛 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)