CN106658528B - 基于可再生能源认知无线网络协同传输方法及装置 - Google Patents

基于可再生能源认知无线网络协同传输方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于可再生能源认知无线网络协同传输方法及装置，方法包括以下步骤：非活动非授权网络用户发射节点缓存授权网络用户发射节点的发送数据，当监听到NACK信号，竞争接入；若竞争成功，则发送NACK信号所对应的缓存数据。本申请通过设计一种授权网络用户与非授权网络用户之间的能量转移和机会转移的非对称多点协同传输方法，根据授权网络用户和非授权网络用户的传输非对称性，设计优化非授权网络用户的数据监听转发机制和频谱接入控制机制，实现可再生能源能量与频谱接入机会对等交换，降低了由可再生能源引起的系统供能的不稳定性，在保证授权网络用户服务质量的同时，最大化认知无线网络的总体性能。

Description

基于可再生能源认知无线网络协同传输方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种基于可再生能源认知无线网络协同传输方法及装置。
背景技术
中国移动2014年的耗电总量已经达到171.8亿千瓦时，随着未来移动通信网络规模的加速扩张，网络的总能耗及相关运维投入将进一步增加。与此同时，雾霾等环境问题的持续恶化使得公众对于传统化石能源的粗放式使用空前关注。因此，如何构建低碳高效的新型无线通信网络已经成为无线通信领域亟待解决的关键问题之一。
可再生能源为解决无线通信网络的高化石能耗提供新的解决方案，如图1所示，在无线通信链路中，通过在发送端配置太阳能、风能等可再生能源的能量采集装置，可以利用其所捕获的可再生能源能量为节点供能，大幅度降低无线通信网络对于传统化石能源的消耗。然而，受时间、空间、天气、环境等多方面因素的影响，风能、太阳能等可再生能源具有显著的间歇性、波动性与随机性等特点，造成可再生能源系统供能不稳定，这将极大的影响基于可再生能源的无线通信系统的传输性能。因此，如何设计合理有效的无线传输技术，以降低由可再生能源供能引起的系统能量的不稳定性是近年来无线通信领域的研究重点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于可再生能源认知无线网络协同传输方法及装置，以解决由可再生能源供能引起的系统能量的不稳定性的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
基于可再生能源认知无线网络协同传输方法，包括以下步骤：
非活动非授权网络用户发射节点缓存授权网络用户发射节点的发送数据；
所述非活动非授权网络用户发射节点监听到NACK信号；
所述非活动非授权网络用户发射节点确定所述NACK信号对应的缓存数据；
所述非活动非授权网络用户发射节点竞争接入；
所述非活动非授权网络用户发射节点竞争成功后发送所述缓存数据。
可选的，所述非活动非授权网络用户发射节点以广播方式发送数据。
可选的，所述非活动非授权网络用户发射节点发送所述缓存数据，具体包括：采用所述非活动非授权网络用户发射节点自身存储的能量，发送所述缓存数据。
基于可再生能源认知无线网络协同传输方法，包括以下步骤：
授权网络用户发射节点向授权网络用户接收节点发送数据；
非活动非授权网络用户发射节点缓存所述授权网络用户发射节点的发送数据；
所述授权网络用户接收节点确定对所述发送数据译码失败；
所述授权网络用户接收节点向所述授权网络用户发射节点发送NACK信号；
所述非活动非授权网络用户发射节点监听到所述NACK信号；
所述非活动非授权网络用户发射节点竞争接入；
所述非活动非授权网络用户发射节点竞争成功后发送所述NACK信号对应的缓存数据。
本申请还提供了一种基于可再生能源认知无线网络协同传输装置，所述装置为非活动非授权网络用户发射节点，包括：
数据缓存单元，用于缓存授权网络用户发射节点的发送数据；
监听单元，用于监听NACK信号；
缓存数据确定单元，用于确定所述NACK信号对应的缓存数据；
竞争接入单元，用于竞争接入；
缓存数据发送单元，用于发送所述缓存数据。
可选的，所述缓存数据发送单元，具体包括：缓存数据发送子单元，用于采用所述非活动非授权网络用户发射节点自身存储的能量，发送所述缓存数据。
可选的，所述缓存数据发送单元以广播方式发送缓存数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本申请通过设计一种授权网络用户与非授权网络用户之间的能量转移和机会转移的非对称多点协同传输策略，根据授权网络用户和非授权网络用户的传输非对称性，设计优化非授权网络用户的数据监听转发机制和频谱接入控制机制，实现可再生能源能量与频谱接入机会对等交换，降低了由可再生能源引起的系统供能的不稳定性，在保证授权网络用户服务质量的同时，最大化认知无线网络的总体性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于可再生能源的大规模认知无线网络模型；
图2为本发明的基于可再生能源认知无线网络协同传输方法实施例1的流程图；
图3为本发明的基于可再生能源认知无线网络协同传输方法实施例2的流程图；
图4为本发明的基于可再生能源认知无线网络协同传输装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于可再生能源认知无线网络协同传输方法及装置，以解决由可再生能源供能引起的系统能量不稳定性的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，根据随机几何理论，假定网络中的授权网络用户发射节点和非授权网络用户发射节点分别服从均匀泊松点过程，且彼此相互独立。其中授权网络用户和非授权网络用户的对可再生能源的能量采集和存储是相同的，但是认知无线网络中授权、非授权网络用户接入权限具有非对称性特性。授权网络用户具有较高的传输优先级，其能量消耗较快，非授权网络用户仅能够通过探测频谱空洞进行机会接入，其能量消耗较慢，所存储的可再生能源能量无法被充分利用。因此，我们将发掘利用上述非对称性特性，设计实现非授权、授权网络用户之间的可再生能源能量与频谱接入机会的对等交换策略，解决由可再生能源引起的节点供能的波动，提高可再生能源的无线通信系统传输性能，提升网络传输的有效性与可靠性，为下一代无线通信网络的规划与部署提供坚实的理论基础。
实施例1
图2为本发明的基于可再生能源认知无线网络协同传输方法实施例1的流程图，具体步骤如下：
步骤101，非活动非授权网络用户发射节点缓存授权网络用户发射节点的发送数据；其中，授权网络用户发射节点以广播形式发送数据，使得非活动非授权网络用户发射节点可以对其发送数据进行缓存。
步骤102，所述非活动非授权网络用户发射节点监听到NACK信号；非活动非授权网络用户发射节点有监听功能，实时对NACK信号进行监听。
步骤103，所述非活动非授权网络用户发射节点确定所述NACK信号所对应的缓存数据；
步骤104，所述非活动非授权网络用户发射节点竞争接入，具体包括以下步骤：
步骤1041，所述非活动非授权网络用户发射节点检测空闲频谱；
步骤1042，所述非活动非授权网络用户发射节点生成避退时间。
步骤105，所述非活动非授权网络用户发射节点竞争成功后以广播形式发送所述缓存数据。其中所述非活动非授权网络用户发射节点采用自身存储的能量，发送所述缓存数据。
实施例2
图3为本发明的基于可再生能源认知无线网络协同传输方法实施例2的流程图；实施例2是在实施例1的基础上进一步扩展到整个网络模型的其它执行主体，将授权网络用户和非授权网络用户之间的关系进一步说明，具体步骤如下：
步骤201，授权网络用户发射节点以广播形式向目标授权网络用户接收节点发送数据；
步骤202，非活动非授权网络用户发射节点缓存授权网络用户发射节点的发送数据。授权网络用户发射节点对其目标授权网络用户接收节点进行数据发送，为保证数据有效传输，假定目标授权网络用户接收节点周围的非活动非授权网络用户发射节点会根据其接收信号的强弱对该数据进行符号缓存。其中，存授权网络用户发射节点的发送数据的非活动非授权网络用户发射节点并不唯一，可以是多个，但是由于所处位置不同，对发送数据的符号缓存也并不相同。
步骤203，授权网络用户接收节点确定对发送数据译码失败，导致授权网络用户接收节点无法对发送数据信息进行正确译码的原因有很多，这里仅仅以授权网络用户发射节点的能量供应不足为例。
步骤204，授权网络用户接收节点以广播形式向授权网络用户发射节点反馈NACK信号；NACK信号表示授权网络用户接收节点无法对接收的数据进行正确译码。
步骤205：非活动非授权网络用户发射节点监听到NACK信号；由于非活动非授权网络用户发射节点实时监听周围的信号，当监听到NACK信号后，会确认接收到的NACK信号所对应的的发送数据是哪一个。和步骤203相同，监听到NACK信号的非活动非授权网络用户发射节点也不止一个。
步骤206：非活动非授权网络用户发射节点探测频谱空洞，并根据相应的位置和能量状态等信息在下一时隙开始阶段随机生成退避时间(back-off timer)，进行竞争接入；多个非活动非授权网络用户发射节点进行竞争，位置不同和能量不同的非活动非授权网络用户发射节点的竞争成功的概率也不相同。
步骤207，非活动非授权网络用户发射节点竞争成功后发送所述NACK信号所对应的缓存数据。为了节省能量消耗，相关授权网络用户发射节点将不再进行数据重传发送。在非授权网络用户发射节点为授权网络用户进行数据重传后，作为能量转移的回报，无论数据传输是否成功，将获得与授权网络用户相同的频谱接入权限，并因此获得提供更多的频谱接入机会，实现能量与机会的对等交换。如此一来，可再生能源能量从非授权网络用户转移到了授权网络用户，提升了授权网络用户的传输性能。
实施例3
如图4所示的基于可再生能源认知无线网络协同传输装置的结构框图，包括：数据缓存单元301、监听单元302、缓存数据确定单元303、竞争接入单元304、缓存数据发送单元305、能量采集和存储单元306。该装置具体应用于基于可再生能源的协同传输方法中的非授权网络用户的发射节点。
授权网络用户发射节点以广播的形式发送数据，非授权网络用户的发射节点的数据缓存单元301实时缓存授权网络用户发射节点的发送数据，当监听单元302监听到NACK信号以后，缓存数据确定单元303确定所述NACK信号所对应的缓存数据；竞争接入单元304对上述缓存数据进行分析，然后检测空闲频谱，生成避退时间，竞争接入；如果竞争成功，则缓存数据发送单元305发送NACK信号对应的缓存数据。其中，缓存数据发送单元以广播方式发送缓存数据。
能量采集和存储单元306，用于采集和存储可再生能源，并且对能量的采集和存储服从随机过程。能量采集和存储单元306为数据缓存单元301、监听单元302、缓存数据确定单元303、竞争接入单元304和缓存数据发送单元305提供能量。
本申请是通过对授权网络用户进行监听，非授权网络用户将会缓存授权网络用户所发出的数据信息，并在授权网络用户传输失败时，转发该缓存数据以提升授权网络用户的传输性能，并节省授权网络用户的能量消耗。通过上述协同转发的方法，可再生能源能量将从非授权网络用户转移到授权网络用户。同时，作为能量转移的回报，对于参与数据信息转发的非授权网络用户，认知无线网络将在其下一非授权申请频谱接入时，赋予其与授权网络用户同等的接入优先权，并因此为其提供更多的频谱接入机会。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.基于可再生能源认知无线网络协同传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
非活动非授权网络用户发射节点缓存授权网络用户发射节点的发送数据；
所述非活动非授权网络用户发射节点监听到NACK信号；所述NACK信号为当所述授权网络用户发射节点的能量供应不足，授权网络用户接收节点确定对发送数据译码失败时，向所述授权网络用户发射节点发送的信号；
所述非活动非授权网络用户发射节点确定所述NACK信号对应的缓存数据；
所述非活动非授权网络用户发射节点竞争接入；
所述非活动非授权网络用户发射节点竞争成功后发送所述缓存数据，所述非活动非授权网络用户发射节点采用自身存储的能量发送所述缓存数据；
为了节省能量消耗，相关所述授权网络用户发射节点将不再进行数据重传发送，在所述非授权网络用户发射节点为所述授权网络用户进行数据重传后，作为能量转移的回报，无论数据传输是否成功，将获得与所述授权网络用户相同的频谱接入权限，并因此获得提供更多的频谱接入机会，实现能量与机会的对等交换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非活动非授权网络用户发射节点以广播方式发送数据。
3.基于可再生能源认知无线网络协同传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
授权网络用户发射节点向授权网络用户接收节点发送数据；
非活动非授权网络用户发射节点缓存所述授权网络用户发射节点的发送数据；
当所述授权网络用户发射节点的能量供应不足时，所述授权网络用户接收节点确定对所述发送数据译码失败；
所述授权网络用户接收节点向所述授权网络用户发射节点发送NACK信号；
所述非活动非授权网络用户发射节点监听到所述NACK信号；
所述非活动非授权网络用户发射节点竞争成功后发送所述NACK信号对应的缓存数据，所述非活动非授权网络用户发射节点采用自身存储的能量发送所述缓存数据；
为了节省能量消耗，相关所述授权网络用户发射节点将不再进行数据重传发送，在所述非授权网络用户发射节点为所述授权网络用户进行数据重传后，作为能量转移的回报，无论数据传输是否成功，将获得与所述授权网络用户相同的频谱接入权限，并因此获得提供更多的频谱接入机会，实现能量与机会的对等交换。
4.基于可再生能源认知无线网络协同传输装置，其特征在于，所述装置为非活动非授权网络用户发射节点，包括：
数据缓存单元，用于缓存授权网络用户发射节点的发送数据；
监听单元，用于监听NACK信号；所述NACK信号为当所述授权网络用户发射节点的能量供应不足，所述授权网络用户接收节点确定对发送数据译码失败时，向所述授权网络用户发射节点发送的信号；
缓存数据确定单元，用于确定所述NACK信号对应的缓存数据；
竞争接入单元，用于竞争接入；
缓存数据发送单元，用于发送所述缓存数据，所述非活动非授权网络用户发射节点采用自身存储的能量发送所述缓存数据；
为了节省能量消耗，相关所述授权网络用户发射节点将不再进行数据重传发送，在所述非授权网络用户发射节点为所述授权网络用户进行数据重传后，作为能量转移的回报，无论数据传输是否成功，将获得与所述授权网络用户相同的频谱接入权限，并因此获得提供更多的频谱接入机会，实现能量与机会的对等交换。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述缓存数据发送单元，具体包括：
缓存数据发送子单元，用于采用所述非活动非授权网络用户发射节点自身存储的能量，发送所述缓存数据。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述缓存数据发送单元以广播方式发送缓存数据。
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