[发明专利]基于时延QoS与公平的多用户安全认知网络资源分配方法

说明书

基于时延QoS与公平的多用户安全认知网络资源分配方法，属于无线通信技术领域。本发明以存在窃听信道的多用户安全认知无线电网络为通信系统模型，以认知无线电网络的频谱共享模式为通信机制，借助安全有效容量跨层模型，联合优化次要用户发射端工作时段及发射功率，同时引入α‑效用函数平衡物理层在各个次要用户发射端工作时段可支持的平均服务速率。该资源分配方法不但使得多用户安全认知无线电网络满足了上层用户服务质量(时延QoS)的要求，更进一步平衡了次要用户之间的资源分配的公平性，实现了系统性能的最优和物理层资源利用的高效化，具有重要的理论及现实意义。

技术领域

本发明涉及一种基于时延QoS与公平的多用户安全认知网络资源分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

对于无线通信网络，频谱资源是珍贵且有限的资源，但随着无线通信技术的发展，频谱资源的需求也随之加大，现有的固定频谱分配策略越来越不适用。为了提高频谱利用率、缓解频谱需求，认知无线电概念应运而生。认知无线电网络支持不同的共存模式来实现频谱共用，其中之一即为频谱共享模式，具体为认知无线电网络允许次要用户和主要用户同时使用相同频段，但是次要用户发射端需要调整发射功率，以保证对主要用户接收端的干扰功率不超过其能容忍的门限值。

近年来，物理层安全技术随着无线通信系统物理层资源的日益丰富不断发展，认知无线电网络的安全问题也逐渐成为关注的热点。同时，多元化的QoS(服务质量)要求与安全问题一样，在新一代无线通信网络传输中起着至关重要的作用。对于许多对时延敏感的多媒体应用中，统计时延QoS是一个非常有意义的QoS参数。专利CN104703191A曾于2015年6月10日公布了一种保证时延QoS要求的安全认知无线电网络功率分配方法，该发明通过安全有效容量跨层优化实现了在满足不同时延QoS限制下，单用户安全认知无线电网络的性能最优以及资源利用的最大化。

最近，许多文献中报道了与用户公平性有关的工作，这些工作都致力于提高不同网络环境中分配资源时用户之间的公平性。“Joint Optimal Subcarrier and PowerAllocation for Wireless Cooperative Networks Over OFDM Fading Channels”(无线协作OFDM衰落网络的联合最优子载波与功率分配)【IEEE Transactions on VehicularTechnology,vol.61,no.1,pp.249-257,Jan.2012.】一文中不仅讨论了在无线协作OFDM网络中能效较高的资源分配方式，还考虑了用户之间的公平性。然而，目前查阅到的资料中，还没有探讨过如何在频谱共享模式多用户安全认知无线电网络中兼顾时延QoS要求与用户公平性的方法。

发明内容

为了弥补现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于时延QoS与公平的多用户安全认知网络资源分配方法。本发明在规划优化问题时，借助安全有效容量跨层联合优化模型与α-效用函数，不但可以能效高的分配多个用户的资源，还能保证用户之间的公平性。

本发明的技术方案如下：