[发明专利]一种动态环境下的认知无线电网络公平性信道跳频方法

说明书

本发明属于认知无线电网络技术领域，公开了一种动态环境下的认知无线电网络公平性信道跳频方法，所述动态环境下的公平性信道跳频方法FCH_A算法利用信道交会用户的ID信息，获得用户的ID信息之后利用Jenkins哈希函数将ID哈希为一个不大于n的数；FCH_S利用Joseph环来生成信道搜索的步长；利用Markov过程构造了信道的动态模型，保证协议的公平性。本发明对FCH_S和FCH_A的公平性和交会时间进行了仿真模拟，算法中所有信道被选择为交会信道的概率相等，明显优于现有的算法。

技术领域

本发明属于认知无线电网络技术领域，尤其涉及一种动态环境下的认知无线电网络公平性信道跳频方法。

背景技术

随着无线设备的普及，无线设备数量的日益增加，导致非授权用户频谱资源的不足，因此拥塞、延迟、可靠性低等一系列问题随之出现。与此同时授权用户的频谱资源并没有的到充分地利用。为了解决这一问题，美国联邦通信委员会提出了认知无线电技术，采用动态频谱接入。认知无线网络(CRN)由授权的主用户(PU)和非授权的次级用户(SU)组成，核心思想是将闲置的主用户(PU)频谱资源合理地分配给次级用户(SU)，解决次级网络中的一系列问题。在认知无线网络(CRN)中，每个次级用户(SU)都配备一个或多个无线设备发射器来感知频谱空洞。当次级用户(SU)通信时，首先需要感知频谱，在频谱上定位邻居节点然后建立通信链路；两个用户在同一个信道上相遇的过程被称为交会。认知无线网络中次级用户信道的可利用性是随着时间和空间变化的，而且在分布式系统中，用户没有其它用户的信道状态信息。目前不同的网络提供了信道交会算法，使用最多是利用可控的公用信道(CCC)和多信道跳频技术(CH)。当网络中存在固定的公用信道(CCC)(一个一直不被主用户(PU)用户占用的频谱空洞)时，发送者和接受者在公用信道(CCC)上进行协商，然后寻找一个共同的信道来建立链路。当选择的信道被主用户(PU)占用或者信号干扰过大时，发送者和接受者会返回公用信道(CCC)重新协商，重新建立链路进而继续传递信息。当网络中存在这种比较理想的信道时，基于公用信道(CCC)的信道约会算法是一个相对有效且易于控制的方法，但是该方法由于单一的控制信道也存在饱和问题和拥塞攻击问题，并且在认知无线网络中，由于动态频谱感知的环境每个次级用户要求在不同的信道上进行交会，获得一个稳定的公用信道几乎是不可能的。当网络中的公用信道(CCC)受到干扰或者网络中不存在公用信道(CCC)时，多信道跳频技术(CH)技术可以克服公用信道(CCC)的一些问题。CH算法是每个次级用户(SU)用户按照一个特殊的信道调频序列进行搜索，在次级用户(SU)的可利用信道中利用多信道跳频技术(CH)序列不断地跳频搜索直到实现信道交会。目前存在的大量的信道跳频算法可以大致通过以下两个因素分类：时间同步的和异步的，同步的算法是指用户同时开始信道搜索，然而要求分布式认知无线网络(CRN)中的用户同时开始信道搜索是不太实际的。因此更倾向于假设网络是异步的模型异质的和同质，在同质模型中假设每个用户的频谱感知能力是相同的并且具有相同的感知半径。同质模型又包含对称的和非对称模型，对称模型是指所有用户可以利用的信道是一样的，反之是非对称模型。然而异质模型中的用户具有不同的感知能力和感知半径，因此更偏向于假设网络是异质的。在认知无线网络(CRN)中，每个次级用户(SU)可以监视自身附近的信道的当前的可用性。由于主用户(PU)的动态地接入和退出，次级用户(SU)的可利用信道具有如下特征(1)空间差异，不同地理位置的SUs可能有不同的可利用信道。(2)时间差异，次级用户(SU)的信道的可利用性可能会随着时间的变化而改变。目前存在的认知无线网络信道交会的文献中，假设用户在频谱感知阶段够的可利用信道的状态是固定的。但是在实际中，授权频谱的的可利用状态是随着授权用户的活动动态变化的。例如主用户主用户可以随意地在电视信道中交换，在TV信道中收回相应的不同的授权信道。由于主用户(PU)用户有较高的优先级，如果主用户(PU)要求利用授权信道，次级用户(SU)用户需要立马释放该信道，哪怕次级用户(SU)用户正在利用该信道通信。因此次级用户(SU)用户感知的可利用信道应该随着时间变化。