[发明专利]基于信道跳变的分布式多信道握手方法

摘要

本发明公开了一种基于信道跳变的分布式多信道握手方法，主要解决现有方法频谱利用率和公平性低的问题。其实现步骤是：1)在协商阶段，所有的认知用户按照信道跳变序列进行协商；2)协商成功的认知用户对计算可用于数据传输的目标信道集合O；3)协商成功的认知用户对使用置信上限UCB1算法进行数据传输；4)在数据传输阶段，更新目标信道集合O，协商成功的认知用户对使用置信上限UCB1算法进行数据传输；5)没有协商成功的认知用户对等待下一个周期的协商阶段继续协商。本发明经过接入优先级和通信阶段的周期性循环，使系统性能达到最优，提高了频谱利用率和公平性，可用于认知无线电网络中。

主权项

一种基于信道跳变的分布式多信道握手方法，包括如下步骤：1)初始化：1a)设系统中共有N条信道，M对认知用户，即发送端和接收端认知用户个数分别为M，且M≤N；设发送端认知用户d的编号r和接收端认知用户h的编号v为：r∈{1,2,…,M}，v∈{1,2,…,M}；设发送端信道跳变序列集合TCH和接收端信道跳变序列集合RCH为：TCH＝{tch₁,tch₂,...,tch_M}，RCH＝{rch₁,rch₂,...,rch_M}，其中，tch_b是第b个发送端信道跳变序列，b＝1,2,...,M，rch_c是第c个接收端信道跳变序列，c＝1,2,...,M；1b)每个认知用户对每一条信道进行一次感知，初始化置信上限UCB1算法的参数为：当前时隙数n：n＝1；发送端认知用户d感知信道f的次数：T_f,d(1)＝1，发送端认知用户d感知信道f且是空闲的次数：其中f∈{0,1,…,N‑1}；接收端认知用户h感知信道p的次数：T_p,h(1)＝1，接收端认知用户h感知信道p且是空闲的次数：其中p∈{0,1,…,N‑1}；2)认知用户根据编号在相应的信道跳变序列集合中选择信道跳变序列，即发送端认知用户d在发送端信道跳变序列集合TCH中选择发送端信道跳变序列tch_r，接收端认知用户h在接收端信道跳变序列集合RCH中选择rch_v；3)设通信阶段发生在第U个周期，发送端认知用户d根据编号r、认知用户对数M和通信阶段发生的周期号U计算接入优先级a；4)根据步骤2)得到的信道跳变序列，每对认知用户对所选择的信道进行感知，得到信道状态为空闲或者忙碌的不同状态；5)根据不同的信道状态做出相应的决策；5a)对于发送端认知用户d，若感知信道f的状态为空闲，则执行步骤5a1)，否则等待下一时隙继续感知，执行步骤5a2)；5a1)发送控制帧s_d，该控制帧包括：发送端认知用户d的编号r、接收端认知用户h的编号v与发送端认知用户d的接入优先级a，再执行步骤5a2)；5a2)更新置信上限UCB1算法中的时隙数n＝n+1、发送端认知用户d感知信道f的次数T_f,d(n)＝T_f,d(n‑1)+1、发送端认知用户d感知信道f且是空闲的次数$\underset{k=1}{\overset{T_{f,d}\left(n\right)}{\mathrm{\Σ}}}{r}_f\left(k\right)=1+\underset{k=1}{\overset{T_{f,d}(n-1)}{\mathrm{\Σ}}}{r}_f\left(k\right);$5b)对于接收端认知用户h，若感知信道p的状态为空闲，执行步骤5b1)；否则等待下一时隙继续感知，执行步骤5b2)；5b1)等待接收控制帧，如果接收到正确的控制帧s_d，则发送确认帧ACK，再执行步骤5b2)；否则不发送，直接执行步骤5b2)；5b2)更新置信上限UCB1算法中的时隙数n＝n+1、接收端认知用户h感知信道p的次数T_p,h(n)＝T_p,h(n‑1)+1和接收端认知用户h感知信道p且是空闲的次数$\underset{k=1}{\overset{T_{p,h}\left(n\right)}{\mathrm{\Σ}}}{r}_p\left(k\right)=1+\underset{k=1}{\overset{T_{p,h}(n-1)}{\mathrm{\Σ}}}{r}_p\left(k\right);$6)如果发送端认知用户d接收到步骤5b1)中的确认帧ACK，则发送端认知用户d和接收端认知用户h协商成功，执行步骤7)；否则协商失败，等待下一时隙继续感知，返回步骤4)；7)根据步骤2)得到的信道跳变序列，协商成功的认知用户对计算可用于传输数据的目标信道集合O；8)协商成功的认知用户对，根据步骤5a2)和5b2)更新后的参数使用置信上限UCB1算法，计算目标信道集合O中的每条信道的空闲概率预测值，并根据空闲概率预测值的大小对这些信道进行排序；9)根据步骤8)得到的信道排序结果X，协商成功的认知用户对进行协商阶段的数据传输；10)协商阶段结束之后，将目标信道集合O中的信道更新为系统中的所有信道，协商成功的认知用户对再进入数据传输阶段完成数据传输；没有协商成功的认知用户对，等待下一个周期的协商阶段继续协商；11)本周期通信阶段结束之后进入下一周期，所有的认知用户执行步骤3)到步骤10)。