[发明专利]基于纯阈值决策的异构无线分布式网络智能信道接入方法

说明书

针对现有的异构无线分布式网络在接入过程中存在复杂度高和频段利用率低的缺点，本发明公开了一种基于纯阈值决策的异构无线分布式网络智能信道接入方法。该方法用于多个信源‑信宿对和多个信号放大转发型中继节点组成的异构无线协同网络中进行分布式信道智能探测与接入决策，多个信源以分布方式独立的发送数据包以竞争信道，竞争成功的信源—信宿对通过纯阈值决策，实时探测信道状态，动态选择最佳接入方式，寻找中继信道探测开销和信道接入收益之间的权衡，实现整个异构无线协同网络的系统平均吞吐量性能最优。通过仿真结果验证，该方法可以实现异构无线分布式协同网络的有效组网，提高系统平均吞吐量和网络频谱资源利用率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于纯阈值决策的异构无线分布式网络智能信道接入方法。

背景技术

近年来，无线通信网络得到了前所未有的发展，无线通信网络技术在满足移动网络和物联网等各种应用需求的同时，实际场景对网络性能(包括系统可靠性和吞吐量)也提出了更高的要求。由于频谱资源稀缺和信道条件时变，为进一步提升无线网络性能，机会调度方法被提出并用来实现多层无线网络的联合优化。机会调度方法通过让用户的MAC层在知道物理层信息的条件下，在多个用户之间进行机会调度信道接入，能够有效利用多用户分集和时间分集，大大地提高系统整体性能。

当前无线协同网络主要包括集中式协同网络和分布式协同网络。集中式网络通过部署中央控制器，从所有用户收集全局信道状态信息(CSI)，并调度具有最佳信道条件的用户接入信道，利用多用户分集，显著提高网络性能。分布式机会调度的研究还处于起步阶段，由于多用户的分布特性和无线信道的时变性，每个用户都要经历信道竞争，并且只有本地信息可用，赢家用户必须基于这些有限的信息做出信道访问决策。针对这一问题，分布式无线网络下的最优停止策略和利用最优停止理论的纯阈值结构的最优策略被提出，不同信道约束下的最优接入问题也被研究，分布式无线协同网络的概念被提出，其利用协作传输来实现中继分集，获胜信源-信宿对可在探测中继信道后，选择信道质量较好的方式进行接入，显著提高网络性能。

现有集中式网络依赖中央控制器进行全网信息处理和优化，当中央控制器出现故障时，网络无法运行，同时其中央控制器需要知道全网的信道状态信息，信令开销大，仅适用于规模小，用户数量少的网络，当用户数量增加时，信令开销急剧增大，导致网络的频谱利用率降低。

现有的分布式网络技术在协作信道接入之前仅探测固定数量的中继，当部署的中继数量较大时，可能导致严重的信令开销，造成系统吞吐量降低；为降低问题复杂度，通常对无线信道特性进行限制，假设其具有互易性，限制了对一般无线环境的适用性；大部分研究仅针对同构无线网络，但在实际的分布式无线网络环境中，直接信道和中继信道通常经历不同的信道衰落，具有异构性。总体而言，现有的异构无线分布式协同网络在接入过程中存在复杂度高和频段利用率低的缺点，

发明内容

针对现有的异构无线分布式协同网络在接入过程中存在复杂度高和频段利用率低的缺点，本发明公开了在异构无线分布式协同网络条件下的基于纯阈值决策的智能信道接入方法。该方法用于多个信源-信宿对和多个信号放大转发型中继节点组成的异构无线协同网络中进行分布式信道智能探测与接入决策，多个信源以分布方式独立的发送数据包以竞争信道，竞争成功的信源—信宿对通过纯阈值决策，实时探测信道状态，动态选择最佳接入方式，寻找中继信道探测开销和信道接入收益之间的权衡，实现整个异构无线协同网络的系统平均吞吐量性能最优。通过仿真结果验证，该方法可以实现异构无线分布式协同网络的有效组网，提高系统平均吞吐量和网络频谱资源利用率。

本发明公开了一种基于纯阈值决策的异构无线分布式网络智能信道接入方法。多信源在每一个竞争时隙的开始，分布式独立地发送RTS包以竞争信道，当且仅当只有一个信源发送RTS包时，该信源竞争信道成功，获得信道接入机会，该信源即为获胜信源。考虑分布式协同组网的合作性，获胜信源根据当前有限的本地信息做出最优决策，以最大化网络的系统平均吞吐量；若获胜信源的自身信道条件太差，则获胜信源放弃接入机会，重新参与信道竞争，否则获胜信源直接接入或以中继方式辅助接入。