CN106685550B - 认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法 - Google Patents

认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法，包括四个阶段，可利用频谱分配阶段：将非授权用户的可利用频谱均匀的分配给其各个收发器；信道跳跃序列索引构建阶段：基于向日葵理论构建信道跳跃序列索引集合；信道跳跃序列构建阶段：根据已构建的信道跳跃序列索引集合及每个收发器分配到的可利用授权频谱，为各个收发器构建信道跳跃序列；信道跳跃阶段：非授权用户的各个收发器按照构建好的信道跳跃序列在信道间跳跃直到与目的非授权用户相遇并完成通信链路的创建。本发明有效的缩短了分布式异构认知无线电网络中非授权用户之间产生相遇所消耗的时间，降低网络延迟，提升网络性能。

Description

认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信领域的相遇方法，尤其涉及一种认知无线电网络非授权用户完全分布式相遇方法。
背景技术
认知无线电网络是针对目前无线电网络频谱资源利用不平衡的问题而提出的。认知无线电技术能够使得非授权用户在不干扰授权用户正常通信的情况下动态的使用授权频谱。非授权发送用户与非授权接收用户必须在进行通信前通过相遇过程相遇在相同的授权频谱上。若非授权用户未运行在相同的频段上，非授权用户之间便无法进行通信。因此，相遇过程在认知无线电网络中发挥着至关重要的作用。快速的相遇算法能够最小化认知无线电网络中非授权用户之间的通信延迟。由于在认知无线电网络中，非授权用户可利用的授权频谱是随时间不断变化的。并且，在异构的认知无线电网络中，非授权用户之间可能不具有同步的时钟，具有不同的可利用授权频谱集，具有不同数量的天线数。因此，在设计认知无线电网络中非授权用户之间的相遇算法时面临着巨大的挑战。
目前，针对认知无线电网络非授权用户相遇方法的相关研究文献如下：
1.UtkuTefek等人在2014年的《In Proceedings of the IEEE GlobalCommunications Conference》上发表的文章“Channel-hopping on Multiple Channelsfor Full Rendezvous Diversity in Cognitive Radio Networks”首先提出了一种适用于非对称系统的信道跳跃序列设计方法。非对称系统即非授权用户在进行相遇算法过程之前，具有预设的角色(发送者或接收者)。其次利用循环不同比特序列，将只适用于非对称系统的信道跳跃序列设计方法扩展到了对称(即没有预设的角色)系统。然而，此方法设定所有非授权用户均装有相同数量的收发器，这在分布式异构认知无线电网络中是不现实的。
2.Lu Yu等人在2015年的《IEEE Transactions on Mobile Computing》上发表的文章“Multiple Radios for Fast Rendezvous in Cognitive Radio Networks”考虑了认知无线电网络中不同的非授权用户装有不同数量的收发器，提出了RPS相遇算法。RPS算法利用多收发器这一技术能够使非授权用户之间更有效且更快速的相遇。RPS的基本理念是将非授权用户装有的多收发器分成两部分:一个专用收发器，其他的为常规收发器。专用收发器在一个阶段时间内停留在相同的信道上，在下一阶段的时间停留在另一个信道上。常规收发器以循环的方式在不同的信道间进行跳跃。然而，PRS算法并不适用于两个均装有1个收发器的非授权用户之间的相遇。在异构认知无线电网络中，当两个非授权用户的收发器个数均为1时，RPS算法的最大相遇时间及期望相遇时间均为无穷大。
3.LuYu等人在2015年的《Proceedings of the IEEE Global CommunicationsConference》上发表的文章“Adjustable Rendezvous in Multi-Radio Cognitive RadioNetworks”提出了AMRR(Adjustable Multi-Radio Rendezvous)算法。AMRR算法在构建信道跳跃序列时只使用非授权用户的可利用频谱信息，并且利用多收发器来实现快速的相遇。AMRR算法将非授权用户的收发器分成两部分，一部分设置为停留收发器，其余的设置为跳跃收发器。停留收发器停留在具体的信道上，跳跃收发器并行的在可利用信道之间进行跳跃。然而，AMRR算法假设非授权用户的收发器数量大于1。当非授权用户的收发器数量为1时，AMRR算法不再适用。
4.Rajib Paul等人在2016年的《IEEE Transactions on WirelessCommunication》上发表的文章“Adaptive Rendezvous for Heterogeneous ChannelEnvironment in Cognitive Radio Networks”研究了多接口非授权用户相遇问题，非授权用户采取多接口技术提升其相遇概率。并且提出了一种适用于多无线电接口，不同信道数以及针对不同信道条件跳跃模式的相遇算法。证明了所提出的算法能够产生相遇并且计算出了最大相遇时间。然而，在设计算法时假设不同的非授权用户装有相同数量的无线电接口。在异构认知无线电网络中，不同的非授权用户可能拥有不同的全局可利用信道及不同数量的无线电接口。
5.BoYang等人在2016年的《IEEE Transactions on Vehicular Technology》上发表的文章“Fully Distributed Channel-Hopping Algorithm for Rendezvous Setup inCognitive Multi-Radio Networks”中基于向日葵理论开发了SSS(Sunflower-Sets-based)单收发机相遇方法并且提出了一个近似算法来构建不相交的向日葵集合。SSS利用向日葵集合中元素不同的排列来调整接入信道的次序。为了增加相遇多样性并加速相遇过程，此文还提出了MSS(Multi-radio Sunflower-Sets-based)多收发机相遇方法。此外，对于多于两个非授权用户相遇的情况，此文还提出了一种多用户合作机制。在多用户合作机制中，非授权用户以合作的方式来交换并且更新他们的信道跳跃序列直到多个非授权用户相遇。然而，MSS方法生成信道跳跃序列时不同的收发器会在相同的时隙上跳跃到相同的信道上，未能充分的利用多收发器的特性来加速相遇过程。
因此，目前认知无线电网络中多收发器非授权用户相遇方法普遍存在的问题是：
1.大多数文章在设计相遇算法时，没有全面地考虑认知无线电网络的异构性。在分布式异构认知无线电网络中，不同的非授权用户装有的收发器数量可能不同且拥有的接口数量可能不同。因此，在分布式异构认知无线电网络中，利用相同的变量设计相遇算法并不实际。
2.未考虑非授权用户收发器个数为1的情况。在异构认知无线电网络中，可能存在收发器个数为1的非授权用户。
3.大多数考虑非授权用户装有多个收发器的文章中，在设计相遇算法时没有充分的利用多收发器的特性。即同一非授权用户的不同收发器在同一时隙上可能运行在相同的可利用信道上。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中认知无线电网络多收发器非授权用户相遇方法的诸多不足，提出了一种认知无线电网络非授权用户完全分布式相遇方法。
为了达到上述目的，本发明提出了认知无线电网络非授权用户完全分布式相遇方法。该方法在构建信道跳跃序列时，只使用非授权用户本地的可利用频谱信息。而且该方法构建的信道跳跃序列可以使得同一非授权用户的不同收发器在同一时间在不同的可利用信道上监听或传送，有效的减小了相遇时间。此外，该方法适用于具有任何数量收发器的非授权用户之间的相遇。该相遇方法包括四个阶段：可利用频谱分配阶段，信道跳跃序列索引构建阶段，信道跳跃序列构建阶段以及信道跳跃阶段。
在可利用频谱分配阶段，根据非授权用户装有的收发器的数量及各个收发器的次序号将非授权用户可利用授权频谱均匀的分配给非授权用户的各个收发器。将非授权用户A的可利用频谱CA均匀的分配给其不同的收发器的计算公式为：
Figure BDA0001202758100000051
其中，kAm+k≤|CA|，
Figure BDA0001202758100000052
CAk为非授权用户A的第k个收发器分配到的可利用授权频谱集合，m为非授权用户A装有的收发器的数量，k为非授权用户的收发器的次序号，
Figure BDA0001202758100000053
为非授权用户A的可利用频谱集合，|CA|为非授权用户A可利用频谱的数量，
Figure BDA0001202758100000054
lA＝|CA|mod m。
经过可利用频谱分配阶段后，非授权用户的可利用频谱被均匀的分配给了各个收发器。非授权用户A的前lA个收发器分配到(kA+1)个可利用信道，后(m-lA)个收发器分配到kA个可利用信道。
信道跳跃序列索引构建阶段，基于向日葵理论为非授权用户的每个收发器构建信道跳跃序列索引。利用基于向日葵理论的信道跳跃序列索引构建方法，非授权用户的第i个收发器具有6Pi 2个元素的信道跳跃索引集合。Pi为不小于分配给第i个收发器的可利用信道数的最小素数。6Pi 2个元素被分为Pi个子集，每一个子集具有6Pi个元素。0～(6Pi 2-1)个数值构成Pi个子集的6Pi 2个元素。在信道跳跃索引集合中，6Pi 2个元素均不相同。
信道跳跃序列构建阶段利用在信道跳跃序列索引构建阶段构建的信道跳跃序列索引集合来构建信道跳跃序列。信道跳跃序列索引集合中的元素可视为信道跳跃序列的时隙，元素所在子集的序数对应为收发器可利用信道集中与此序数相同的信道。因此，通过信道跳跃序列索引集合中的元素及元素所在子集的次序数即可获得在特定的时隙下信道跳跃序列的跳跃信道。
信道跳跃阶段非授权用户按照构建好的信道跳跃序列在信道间进行切换直到与目的节点相遇并完成通信链路创建。
简单概括上述认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇过程为：首先将每一个非授权用户可利用的频谱均匀的分配给其每一个收发器；其次，构建信道跳跃序列索引，每个收发器按照分配到的可利用频谱数量及信道跳跃序列索引函数构建信道跳跃序列索引；最后，每个收发器根据信道跳跃序列索引中的元素及其所在的集合的序数构建信道跳跃序列；非授权用户的每个收发器在不同的时隙按照构建的信道跳跃序列进行信道跳跃直到与目的节点相遇并完成通信链路创建。
与现有相遇方法相比，本发明所具有的积极效果是：
(1)本发明在设计完全分布式相遇方法时中只使用非授权用户本地可利用频谱信息，更加适用于真实的分布式异构认知无线电网络；
(2)本发明将每个非授权用户可利用的频谱均匀的分配给其不同的收发器，可以保证在相同的时间不同的收发器运行在不同的可利用频谱上，大大的增加了收发器的利用率并且可以减小达到相遇所消耗的时间；
(3)本发明可用于具有任何数量收发器的非授权用户之间的相遇，能够应用在真实的分布式异构认知无线电网络中。
附图说明
图1为本发明认知无线电网络非授权用户完全分布式相遇方法的流程图；
图2为可利用频谱分配方法的示意图；
图3为信道跳跃序列索引构建的实例图；
图4为信道跳跃序列构建方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法主要分为四个阶段。第一个阶段为可利用频谱分配阶段，即将非授权用户的可利用频谱均匀的分配给授权用户的各个收发器。第二个阶段为信道跳跃序列索引集合构建阶段，即根据分配到的可利用频谱的数量，基于向日葵理论构建信道跳跃序列索引集合。第三个阶段为信道跳跃序列构建阶段，即根据已构建的信道跳跃序列索引集合及分配到的可利用授权频谱，构建各个收发器的信道跳跃序列。第四个阶段为信道跳跃阶段，非授权用户的各个收发器按照构建好的信道跳跃序列在信道间跳跃直到与目的非授权用户相遇并完成通信链路的创建。
如图2所示，非授权用户A的可利用频谱集合为
Figure BDA0001202758100000081
非授权用户A装有m个收发器，非授权用户A的|CA|个可利用频谱在频谱分配阶段被均匀的分配给了m个收发器。非授权用户A的前lA个收发器被分配到(kA+1)个可利用信道，后(m-lA)个收发器被分配到kA个可利用信道。经过可利用频谱分配阶段，非授权用户A的第1个收发器分配到的可利用频谱集合为
Figure BDA0001202758100000082
第2个收发器分配到的可利用频谱集合为
Figure BDA0001202758100000083
第lA个收发器分配到的可利用频谱集合为
Figure BDA0001202758100000084
第m个收发器分配到的可利用频谱集合为
Figure BDA0001202758100000085
如图3所示，为当分配给非授权用户A的第m个收发器的可利用信道个数为3时，根据基于向日葵理论的信道跳跃序列索引构造方式构造的信道跳跃序列索引集合。信道索引集合由3个子集构成，每个子集含有6*3＝18个元素，3个子集中的元素都不同而且3个子集的交集为空集。
如图4所示，为非授权用户A的第m个收发器的长度为54时隙的信道跳跃序列的前18个时隙的信道跳跃序列示意图。以时隙0，时隙6，时隙7以及时隙8来说明根据信道跳跃序列索引及非授权用户A的第m个收发器可利用信道集构建信道跳跃序列的过程。0在已构建的信道跳跃序列索引集合的第1个子集中，因此，非授权用户A的第m个收发器在时隙0时跳跃到其第1个可利用信道C0上。6也在构建的信道跳跃序列索引集合的的第1个子集中，因此非授权用户A的第m个收发器在时隙6时也跳跃到其第1个可利用信道C0上。7在构建的信道跳跃序列索引集合的第2个子集中，因此非授权用户A的第m个收发器在时隙7时跳跃到其第2个可利用信道C1上。8在构建的信道跳跃序列索引集合的第3个子集中，因此非授权用户A的第m个收发器在时隙8时跳跃到其第3个可利用信道C2上。

Claims (3)

1.认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法，其特征在于：
包括四个阶段：
(1)可利用频谱分配阶段：将非授权用户的可利用频谱均匀的分配给其不同的收发器；
(2)信道跳跃序列索引集合构建阶段：根据分配到的可利用频谱的数量，基于向日葵理论构建信道跳跃序列索引集合；
(3)信道跳跃序列构建阶段：根据已构建的信道跳跃序列索引集合及分配到的可利用授权频谱，构建各个收发器的对应的信道跳跃序列；
(4)信道跳跃阶段：非授权用户的各个收发器按照构建好的信道跳跃序列在信道间跳跃直到与目的非授权用户相遇并完成通信链路的创建；
所述阶段(1)中将非授权用户的可利用频谱均匀的分配给其不同的收发器的计算公式为：
Figure FDA0002418570510000011
其中，kAm+k≤|CA|，
Figure FDA0002418570510000012
CAk为非授权用户A的第k个收发器分配到的可利用授权频谱集合，m为非授权用户A装有的收发器的数量，k为非授权用户收发器的次序号，
Figure FDA0002418570510000013
为非授权用户A的可利用频谱集合，|CA|为非授权用户A可利用频谱的数量，
Figure FDA0002418570510000014
lA＝|CA|mod m；
可利用频谱分配阶段后，非授权用户的可利用频谱被均匀的分配给了各个收发器，非授权用户A的前lA个收发器分配到(kA+1)个可利用信道，后(m-lA)个收发器分配到kA个可利用信道。
2.根据权利要求1所述的认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法，其特征在于，所述阶段(2)中信道跳跃序列索引集合构建阶段基于向日葵理论为非授权用户的每个收发器构建的信道跳跃序列索引集合中含有6Pi 2个元素，其中Pi为不小于分配给第i个收发器的可利用信道数的最小素数， 6Pi 2个元素由0～(6Pi 2-1)个数值构成且各个元素数值均不相同，6Pi 2个元素被分为Pi个子集，每个子集具有6Pi个元素。
3.根据权利要求1所述的认知无线电网络中非授权用户完全分布式相遇方法，其特征在于，所述阶段(3)中信道跳跃序列索引集合中的元素视为信道跳跃序列的时隙，元素所在子集的次序数对应为收发器可利用信道集中与此序数相同的信道，通过信道跳跃序列索引集合中的元素及元素所在子集的次序数即可获得在特定的时隙下信道跳跃序列的跳跃信道。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107708121A (zh) * 2017-08-31 2018-02-16 南京理工大学 一种最优的认知无线电网络信道交汇序列的构造方法
CN109302707B (zh) * 2018-12-05 2022-11-22 南京理工大学 一种最佳稳定性的认知无线电交汇序列构造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102917349A (zh) * 2012-06-29 2013-02-06 西安电子科技大学 认知无线网络中针对追踪用户攻击的抵御方法
CN103297982A (zh) * 2013-06-26 2013-09-11 苏州大学 一种认知无线电节点组网方法
CN105722092A (zh) * 2014-11-30 2016-06-29 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102917349A (zh) * 2012-06-29 2013-02-06 西安电子科技大学 认知无线网络中针对追踪用户攻击的抵御方法
CN103297982A (zh) * 2013-06-26 2013-09-11 苏州大学 一种认知无线电节点组网方法
CN105722092A (zh) * 2014-11-30 2016-06-29 中国科学院沈阳自动化研究所 一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法
EP3226596A1 (en) * 2014-11-30 2017-10-04 Shenyang Institute of Automation of the Chinese Academy of Sciences Permutation group-based channel convergence method for multi-antenna cognitive wireless network

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fully Distributed Channel-Hopping Algorithm for Rendezvous Setup in Cognitive Multiradio Networks;Bo Yang;《IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY》;20151218;第65卷(第10期);第8629页-第8643页 *

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