[发明专利]海量物联网设备接入环境中的授权频谱共享系统及其方法

说明书

海量物联网设备接入环境中的快速授权频谱共享系统，包括授权频谱管理层、授权频谱分配协议层和用户行为安全层；所述的授权频谱管理层包括授权用户行为数据库、次用户行为数据库；授权频谱管理是FLSS方案的核心；授权用户和次用户都遵守LSM所管理的共享约束规则；所述的授权频谱分配协议层执行LSA协议；所述的用户行为安全层用于支撑LSA协议，约束授权用户行为和次用户行为；其方法包括以下步骤：步骤一，授权频谱管理；步骤二，执行LSA协议；步骤三，约束授权用户行为和次用户行为；可有效地提高频谱共享的效率，可被用来验证大量移动设备的用户身份，可扩展性已经被用来评估个体信任系数。

技术领域

本发明属于物联网设备接入环境下频谱共享技术领域，具体涉及海量物联网设备接入环境中的授权频谱共享系统及其方法。

背景技术

随着移动终端数量的大量增加，5G技术将在2020年左右投入使用。未来5G通信网络连接的移动终端总数将达到1000亿。预计到2020年，全球移动终端数量将超过100亿。全球物联网设备连接数也将快速增长，2020年将接近全球人口规模达到70亿。到2030年，全球物联网设备连接数将接近1000亿，其中，中国超过200亿。随着海量物联网设备数量的增加，频谱资源短缺问题愈加严重。与此同时，大部分已分配的频谱未被有效利用。目前，授权频谱共享被认为是缓解海量物联网设备接入环境下频谱短缺问题的关键方法之一。在频谱共享中，没有分配固定频段的次用户(次用户)可以在特定的时间内有效地使用授权用户(授权用户)的空闲频谱，但是不能对授权用户的通信造成干扰，当授权用户返回频段通信时，次用户应立即退出此频段。

在海量物联网设备接入环境下进行频谱共享时，遇到了如下技术问题:

随着移动设备的大量增加，在物联网频谱共享中如何快速分配空闲的授权频谱资源越来越重要。

如何回收已分配的授权频段的空闲资源，避免部分次用户长期占用授权频谱资源。

如何管理空闲的授权频谱资源，并及时分配给次用户？

有必要建立频谱共享规则，确保次用户能够有序地利用空闲的授权频谱资源。

大量拥有授权频谱的移动设备将成为授权用户。与电视塔不同的是这些新的授权用户不一定都是诚实的。

目前，为了缓解频谱资源短缺现状与频谱利用率低的问题，认知无线电网络被提出，它主要通过动态频谱共享技术提高了频谱资源的利用率。在认知无线电网络中，次用户首先利用感知信道对感兴趣频段上是否存在授权用户信号进行判断，然后将本地检测后的信息通过报告信道发送给数据融合中心，按照一定的融合算法汇总所有数据后得出最终的判决结果。频谱感知是认知无线电网络得以实现的首要环节，根据参与频谱感知的用户数可分为单用户感知和协作感知两类。由于阴影效应和多径衰落等因素的存在，单个次用户得出的频谱感知结果往往不可靠，并可能导致所谓的“终端隐藏问题”。于是，一些研究者提出了协作频谱感知技术，通过多个认知用户协作，借助于多用户分集增益，可达到提高检测性能的效果。协作频谱感知利用多个认知用户感知数据的融合来消除单个用户的不确定性，其检测结果更加准确。

然而，认知无线电网络可能不适合应用于物联网频谱共享。原因如下:

单用户频谱感知需要一定的时间才能确定授权频段的实际状态。在协作频谱感知中需要对所有认知用户的感知数据进行收集，融合中心才能做出授权频段是否空闲的判决，因此协作频谱感知的时间更久。一般都通过协作频谱感知技术来寻找空闲频谱，随着次用户个数的增加，协作频谱感知花费的时间成本太大，因此不适合于海量物联网设备接入环境中。

在认知无线电网络中，电视塔是唯一的授权用户。实际上，手机也可以作为授权用户使用。在海量物联网设备接入环境下，对频谱的大量需求使得具有授权频段的移动终端也成为授权用户。电视塔可被视为诚实的授权用户，然而并非所有的移动终端都是诚实的。因此在协作频谱感知中，若存在某些授权用户是恶意的，检测结果将不可靠。