CN103648099B

CN103648099B - 一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置

Info

Publication number: CN103648099B
Application number: CN201310607940.2A
Authority: CN
Inventors: 鲍煦; 戴继生
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103648099A

Abstract

本发明公开一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置，属于无线通信技术领域，旨在提出一种基于认知用户体验质量（QoE,Quality of Experience）的频谱资源分配方法。该方法针对不同的事件——主用户到达、离开网络和认知用户到达、离开网络，由SU控制中心根据检测模块检测到的不同事件对应的不同信号类型调动相应的频谱分配模块动态分配空闲子信道或协调不同SU占用的频谱资源，以实现最大化不同业务类型的认知用户QoE的目标。

Description

一种 QoE 驱动的认知无线网络频谱分配装置

技术领域

本发明是一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置，属于无线网络技术领域。

背景技术

随着数据业务的大幅增长，无线网络必须提供更大的容量和更高效的频谱利用率。然而大多数无线电波频谱资源已经分配完毕，无线网络正遭遇容量瓶颈。而认知无线电技术是近几年兴起的无线通信概念和技术，它能够感知目前通信环境中的频谱使用机会，能够使认知用户与主用户共享频谱资源，在不干扰主用户通信的前提下最大化提高频谱利用率。认知用户与主用户共存的模式主要可分为两种：一种称之为overlay模式，即只有当主用户不使用某个频段时，认知用户才能使用该频段，认知用户与主用户在同一个频段不能同时发送信号；另一种称之为underlay模式，即认知用户可以在不干扰主用户通信的前提下与主用户同时发送数据。以往的专利和文献只考虑优化系统服务质量(QoS，Quality of Service)，并没有考虑认知用户的主观感觉，例如：语音业务只需要较低的传输速率，但需要较少的传输时延；而数据业务对时延不敏感，但需要较快的传输速率。不同的QoS参数对用户的主观感觉不同，而用户体验质量(QoE，Quality of Experience)是根据终端使用者的主观感知对一种应用或者业务做出全面接收的程度，量化QoE可用用户平均评价分数(MOS，Mean Opinion Score)值的大小进行衡量。MOS函数反映的是用户满意度分数，数值范围是0~5，5分为最高，不同业务类型的MOS计算函数不同，但其都是数据的传输速率、信号时延、抖动、信噪比等参数的函数。

本发明是基于QoE驱动的以最大化认知用户的MOS函数值为目标的资源分配方法，能够在满足认知用户主观感觉的基础上提高频谱利用率。

发明内容

本发明的目的是提供一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置，该装置能在满足认知用户主观感觉的基础上提高频谱利用率。

为了实现上述目的，本发明提出的一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置，包括SU控制中心（1），SU控制中心（1）包括检测模块和频谱分配模块，所述检测模块用于检测信号类型并传递给频谱分配模块，所述频谱分配模块用于根据信号类型选择频谱分配方法进行频谱分配；所述信号类型包括PU到达信号、PU离开信号、SU到达信号和SU离开信号；所述PU为主用户，SU为认知用户。该装置能够实现在当PU到达、离开网络或SU到达、离开网络时，SU控制中心动态分配空闲子信道或协调不同SU占用的频谱资源。

当PU到达网络时，信号的频谱分配方法为：

1) PU接入网络并占用子信道，查看PU占用的子信道是否已经被SU使用，若是则记该SU为SU_k；

2)降低SU_k的发射功率并以underlay方式与PU共享子信道；

3) 计算SU_k的MOS值，若其MOS值小于4，则查看网络中是否有空闲子信道，若有空闲子信道，则占用直到其MOS值不小于4，若无空闲子信道，则SU_k以当前MOS值继续传输数据。

当PU离开网络时，信号的频谱分配方法为：

1) PU离开网络并释放子信道，查看该子信道是否为PU独占，若是转步骤2)，否则转步骤3)；

2)寻找网络中MOS值函数变化最快且MOS值最小的SU，并为其分配子信道；

3) 提高占用该子信道上的SU的发射功率，并将其与PU的共存模式由underlay模式变成overlay模式。

当SU到达网络时，信号的频谱分配方法为：

1) SU到达网络，识别其业务类型，即判断该SU是数据业务、语音业务还是视频业务，记该SU为SU_a，业务类型为A；

2) 判断网络中是否有空闲子信道，若有，则占用部分空闲子信道并判断SU_a的MOS值是否小于4，若大于等于4则以overlay模式接入网络。若MOS值小于4，且网络中无空闲子信道，则转步骤3)；

3)判断是否有PU独占的子信道，若有，则SU_a占用部分PU的子信道并以Underlay方式与PU共存，若没有，则转步骤5)；

4) 计算SU_a的MOS值，判断是否小于4，若是，则转步骤3)，若否，则SU_a以当前MOS值接入网络成功；

5) 判断网络中所有业务类型为A的SU的MOS平均值是否小于阈值（阈值设为3，小于该数值用户满意度将很差），若大于等于阈值则转步骤6)，若小于阈值则判断SU_a的MOS值是否大于业务类型为A的SU的平均MOS值，若是，则以当前MOS值接入网络成功，若否，则找出网络中业务类型A的且MOS值最大的SU，记为SU_m，SU_m释放部分子信道分配给SU_a，并转步骤5)继续判断；

6)寻找在当前速率下MOS值函数变化最慢的业务类型，记为B，并找出业务类型为B的MOS值最大的SU，记为SU_j，判断SU_j的MOS值是否小于3.5，若是，则判断SU_a的MOS值是否小于3，若小于3，则接入失败；若大于等于3，则以当前MOS值接入网络成功。若SU_j的MOS值大于等于3.5，SU_j的释放部分子信道给SU_a，并判断SU_a的MOS值是否大于4，若是，SU_a则以当前MOS值接入网络成功，若否，则转步骤5)。

当SU离开网络时，信号的频谱分配方法为：

1) SU离开网络（记为SU_m），释放SU_m所占的子信道记为C_i={C_p,C_s}，其中C_p为PU与SU_m共用的子信道，C_s为SU_m独占的子信道；

2)寻找MOS函数变化最快且MOS值最小的SU，记为SU_k，判断SU_k的MOS值是否大于4.5，若是，则频谱分配结束；若否，则判断C_s是否为空，若为非空，则SU_k占用C_s子信道，若C_s为空，则SU_k占用C_p子信道；

3)判断C_i是否被占用完毕，若是，则频谱分配结束，若否，则转步骤2)。

本发明提出了一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置。优点是利用了QoE的判断标准，使得能够在最大化认知用户感知前提下提高频谱利用率。

附图说明

图1为本装置的总体示意图；

图2 为PU到达网络时频谱分配的流程图；

图3 为PU离开网络时频谱分配的流程图；

图4 为SU到达网络时频谱分配的流程图；

图5 为SU离开网络时频谱分配的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提出的一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置的具体实施进行详细说明。

附图1所示为本装置的总体示意图，在PU到达、离开网络，SU到达、离开网络时，SU控制中心（1）根据检测模块检测到的信号类型调动相应的频谱分配模块动态分配空闲子信道或协调不同SU占用的频谱资源。

附图2所示为当PU到达网络时，信号的频谱分配方法的流程图：

1) PU接入网络并占用子信道，查看PU占用的子信道是否已经被SU使用，若是则记该SU为SU_k。

2)降低SU_k的发射功率并以underlay方式与PU共享子信道。

附图3所示为当PU离开网络时，信号的频谱分配的流程图：

1) PU离开网络并释放子信道，查看该子信道是否为PU独占，若是转步骤2)，否则转步骤3)。

2)寻找网络中MOS值函数变化最快且MOS值最小的SU，并为其分配子信道。

3)占用该子信道上的SU提高发射功率，与PU的共存模式由underlay模式变成overlay模式。

附图4所示为当SU到达网络时，信号的频谱分配的流程图：

1) SU到达网络，识别其业务类型，即判断该SU是数据业务、语音业务还是视频业务，记该SU为SU_a，业务类型为A。

2) 判断网络中是否有空闲子信道，若有，则占用部分空闲子信道并判断SU_a的MOS值是否小于4，若大于等于4则以overlay模式接入网络。若MOS值小于4，且网络中无空闲子信道，则转步骤3)。

3)判断是否有PU独占的子信道，若有，则SU_a占用部分PU的子信道并以underlay模式与PU共存，若没有，则转步骤5)。

4) 计算SU_a的MOS值，判断是否小于4，若是，则转步骤3)，若否，则SU_a以当前MOS值接入网络成功。

5) 判断网络中所有业务类型为A的SU的MOS平均值是否小于阈值（阈值设为3，小于该数值用户满意度将很差），若大于等于阈值则转步骤6)，若小于阈值则判断SU_a的MOS值是否大于业务类型为A的SU的平均MOS值，若是，则以当前MOS值接入网络成功，若否，则找出网络中业务类型A的且MOS值最大的SU（记为SU_m），SU_m释放部分子信道分配给SU_a，并转步骤5)继续判断。

6)寻找在当前速率下MOS值函数变化最慢的业务类型（记为B）,并找出业务类型为B的MOS值最大的SU（记为SU_j），判断SU_j的MOS值是否小于3.5，若是，则判断SU_a的MOS值是否小于3，若小于3，则接入失败；若大于等于3，则以当前MOS值接入网络成功。若SU_j的MOS值大于等于3.5，SU_j的释放部分子信道给SU_a，并判断SU_a的MOS值是否大于4，若是，SU_a则以当前MOS值接入网络成功，若否，则转步骤5)。

附图5所示为当SU离开网络时，信号的频谱分配的流程图：

1) SU离开网络（记为SU_m），释放SU_m所占的子信道记为C_i={C_p,C_s}，其中C_p为PU与SU_m共用的子信道，C_s为SU_m独占的子信道。在算法的运行过程中，C_p,C_s不断更新，始终反映当前信道使用的状态。

2)寻找MOS函数变化最快且MOS值最小的SU，记为SU_k，判断SU_k的MOS值是否大于4.5，若是，则频谱分配结束；若否，则判断C_s是否为空，若为非空，则SU_k占用C_s子信道，若C_s为空，则SU_k占用C_p子信道

Claims

1.一种用户体验质量QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置，包括SU控制中心(1)，其特征在于：所述SU控制中心(1)包括检测模块和频谱分配模块，所述检测模块用于检测信号类型并传递给频谱分配模块，所述频谱分配模块用于根据信号类型选择频谱分配方法进行频谱分配；所述信号类型包括PU到达信号、PU离开信号、SU到达信号和SU离开信号；所述PU为主用户，SU为认知用户；

所述信号类型为PU到达信号的频谱分配方法为：

1)检测PU占用的子信道是否已经被SU使用，若是则记该SU为SU_k；

2)降低SU_k的发射功率并以underlay模式与PU共享子信道；

3)计算SU_k的用户评价分数MOS值，若其MOS值小于4，则查看网络中是否有空闲子信道，若有空闲子信道，则占用直到其MOS值不小于4，若无空闲子信道，则SU_k以当前MOS值继续传输数据；

所述信号类型为PU离开信号的频谱分配方法为：

1)查看PU离开网络释放的子信道是否为PU独占，若是转步骤2)，否则转步骤3)；

3)提高占用该子信道上的SU的发射功率，并将其与PU的共存模式由underlay模式转成overlay模式；

所述信号类型为SU到达信号的频谱分配方法为：

1)识别SU到达信号的业务类型，记该SU为SU_a，业务类型为A；

2)判断网络中是否有空闲子信道，若有，则占用部分空闲子信道并判断SU_a的MOS值是否小于4，若大于等于4则以overlay模式接入网络，若MOS值小于4，且网络中无空闲子信道，则转步骤3)；

3)判断是否有PU独占的子信道，若有，则SU_a占用部分PU的子信道并以underlay模式与PU共存，若没有，则转步骤5)；

4)计算SU_a的MOS值，判断是否小于4，若是，则转步骤3)，若否，则SU_a以当前MOS值接入网络成功；

5)判断网络中所有业务类型为A的SU的MOS平均值是否小于阈值，若大于等于阈值则转步骤6)，若小于阈值则判断SU_a的MOS值是否大于业务类型为A的SU的平均MOS值，若是，则以当前MOS值接入网络成功，若否，则找出网络中业务类型A的且MOS值最大的SU，记为SU_m，SU_m释放部分子信道分配给SU_a，并转步骤5)继续判断；

6)寻找在当前速率下MOS值函数变化最慢的业务类型，记为B，并找出业务类型为B的MOS值最大的SU，记为SU_j，判断SU_j的MOS值是否小于3.5，若是，则判断SU_a的MOS 值是否小于3，若小于3，则接入失败；若大于等于3，则以当前MOS值接入网络成功，若SU_j的MOS值大于等于3.5，SU_j释放部分子信道给SU_a，并判断SU_a的MOS值是否大于4，若是，SU_a则以当前MOS值接入网络成功，若否，则转步骤5)；

所述信号类型为SU离开信号的频谱分配方法为：

1)SU离开网络，记为SU_m，释放SU_m所占的子信道记为C_i＝{C_p,C_s}，其中C_p为PU与SU_m共用的子信道，C_s为SU_m独占的子信道；

2)寻找MOS值变化最快且MOS值最小的SU，记为SU_k，判断SU_k的MOS值是否大于4.5，若是，则频谱分配结束；若否，则判断C_s是否为空，若为非空，则SU_k占用C_s子信道，若C_s为空，则SU_k占用C_p子信道；

2.如权利要求1所述的一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置，其特征在于：所述信号类型为SU到达信号的频谱分配方法中的业务类型包括数据业务、语音业务和视频业务。

3.如权利要求1所述的一种QoE驱动的认知无线网络频谱分配装置，其特征在于：所述信号类型为SU到达信号的频谱分配方法中的阈值为3。