专利名称：认知无线电网络中的用户信道接入方法
技术领域：
本发明属于无线网络通信技术领域，尤其涉及一种认知无线电网络中非授权用户的信道接入方法。
背景技术：
认知无线电技术是一项提高频谱利用率的有效方法，它允许非授权用户主动感知频谱，并临时使用授权用户暂时未占用的空白频谱。当授权用户出现并要求使用该频谱时， 非授权用户需要释放其占用的频谱。对于非授权用户这种临时占用频谱的工作方式，通常有两种情况影响其工作。一种情况是，如果一个授权用户想使用被一个非授权用户已经占用的频道，而该非授权用户又找不到其它可用的空闲频道，该非授权用户不得不中断其正在进行的业务。而一旦该非授权用户的业务中断，则造成一些资源，包括能量、频率等的浪费，以及该非授权用户服务质量的降低。另一种情况是，当所有的频道都被占用，则一个新到的非授权用户被阻止接入，即它得不到服务。为了描述非授权用户的服务质量，人们定义了认知服务质量等级(GoS)，该指标由非授权用户中断概率和阻止概率联合决定。在一定频谱下，当给定授权用户业务负载以及非授权用户业务负载时，可以计算非授权用户的GoS指标。考虑到在实际应用中，不同非授权用户可能具有不同的业务类型。各业务类型对时延的要求不同。例如语音业务、视频业务等，具有较高的实时性要求；而对于数据业务，则实时性要求较低。对于一个正在进行非实时性业务的非授权用户，如果当前时刻被其它用户(包括授权用户和非授权用户)打断、 且其频谱被其它用户占用，只要在其容忍的时延范围内提供新的接入信道，则可认为该非授权用户没有被中断。同样，对于一个准备进行非实时性业务的非授权用户，如果当前没有可分配的信道，但只要能够在其容忍的时延范围内提供接入信道，则可认为该非授权用户没有被阻止接入。由此可见，只要在该非实时性业务容忍的时延范围内，提供非授权用户的接入信道，则其中断概率和阻止概率均不会增加。基于这一情况，如何针对非授权用户的不同业务特点，选择合适的时延来为不同非授权用户提供接入信道，使得非授权用户的阻止概率和中断概率同时降低，从而达到改善整个非授权用户的GoS指标，成为一个值得研究的问题。现有非授权用户频谱分配方法如下(1)在文献W. Ahmed, J. Gao, H. A. Suraweera,M. Faulkner. "Comments on Analysis of Cognitive Radio Spectrum Access with Optimal Channel Reservation,” IEEE Transactions on Wireless Communications，2009 中，作者提出了一种预留信道的方法， 有效降低了非授权用户的中断概率，然而该方法增大了非授权用户的阻止概率。(2)在文献Y. Zhang. “Dynamic spectrum access in cognitive radio wireless networks，，，in IEEE International Conference on Communications, May 2008 中，作者提出了一种缓存机制，显著降低了非授权用户的阻止概率，但是该方法增大了非授权用户的中断概率。由此可见，现有方法通常只能单方面降低非授权用户的中断概率或者阻止概率，不能实现整个GoS指标的改善。而且，现有方法没有针对各非授权用户对不同时延的要求， 进行合理分配接入信道，因而使得整个非授权用户的GoS指标受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种认知无线电网络的用户信道接入方法，该方法可同时降低多种业务下的非授权用户中断概率和阻止概率，从而有效改善非授权用户的GoS指标。认知无线电网络中的用户信道接入方法，具体为判别当前是否有空闲信道；若当前没有空闲信道，则判别是否有非授权用户占用信道；若有非授权用户占用信道，则判别新用户所属类型；若新用户为授权用户，则新用户选择一个非授权用户U0的占用信道；判别非授权用户U0是否为正在执行实时业务的非授权用户；若非授权用户Utl是正在执行实时业务的非授权用户，则判别是否有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道；若有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道，则非授权用户Utl选择进行非实时业务的非授权用户U1的占用信道；判别缓存队列是否满；若缓存队列未满，则非授权用户U1进入缓存队列等待，若缓存队列满，则非授权用户U1被中断。进一步地，还包括步骤在判别新用户所属类型时，若新用户为进行实时业务的非授权用户，则判别是否有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道；若有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道，则新用户选择进行非实时业务的非授权用户U2的占用信道；判别缓存队列是否满；若缓存队列未满，则非授权用户U2进入缓存队列等待，若缓存队列满，则非授权用户U2被中断。进一步地，还包括步骤在判别新用户所属类型时，若新用户为进行非实时业务的非授权用户，则判别缓存队列是否满；若缓存队列未满，则新用户进入缓存队列等待，若缓存队列满，则新用户被阻止接入。进一步地，还包括步骤若当前有空闲信道，则新用户选择一个空闲信道。进一步地，还包括步骤在判别是否有非授权用户占用信道时，若没有非授权用户占用信道，则新用户被阻止接入。进一步地，还包括步骤在判别是否有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道时，若没有进行非实时业务的非授权用户占用信道，则非授权用户Utl被中断。本发明所述的方法是一种认知无线电网络中非授权用户的信道接入方法，该方法针对非授权用户不同的业务时延要求，对实时性业务的非授权用户进行优先分配信道，而对非实时性业务的非授权用户进行缓存处理，这样保证在尽量不中断非实时性业务的非授权用户通信的同时，尽量减小实时性业务的非授权用户的中断概率和阻止概率，从而提高整个非授权用户的GoS服务质量指标。
图1是授权用户和非授权用户信道占用示意图；
具体实施例方式本发明提供的认知无线电网络中非授权用户的信道接入方法，设整个认知网络的工作频段共有N个信道，首先建立一个长度为K的缓存队列。新用户分为授权用户、进行实时业务的非授权用户和进行非实时业务的非授权用户。图1给出授权用户、实时性业务的非授权用户以及非实时性业务的非授权用户之间信道占用的关系图。首先判别当前是否有空闲信道，若当前有空闲信道，则新用户选择一个空闲信道， 若当前没有空闲信道，则判别是否有非授权用户占用信道，若没有非授权用户占用信道，则新用户被阻止接入，若有非授权用户占用信道，则判别新用户所属类型(1)当新用户为授权用户新用户选择一个非授权用户U0占用的信道，该非授权用户Utl放弃该信道。放弃信道的非授权用户Utl，如果其正在进行的是非实时性业务，则该用户寻找当前频段上其他空闲信道进行接入；如果当前频段上没有空闲信道，并且缓存队列未满，则该用户暂时挂起其业务，并将其用户号放入缓存队列中；如果当前频段上没有空闲信道，并且缓存队列已满，则该用户中断其业务。放弃信道的非授权用户Utl，如果其正在进行的是实时性业务，则该用户寻找当前频段上其他空闲信道进行接入；如果当前频段上没有空闲信道，并且也没有被非实时性业务的非授权用户占用的信道，则该用户的业务被中断；如果当前频段上没有空闲信道，但是有被进行非实时性业务的非授权用户占用的信道，该用户从这些信道中随机选择一个U1进行占用，而被占用的非实时性业务的非授权用户U1则放弃该信道。如果此时缓存队列未满， 则该被占用的进行非实时性业务的非授权用户U1将其进行的业务挂起，并将其用户号放入缓存队列中；否则，中断其业务。(2)当新用户为进行实时性业务的非授权用户判别是否有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道，若有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道，则新用户选择进行非实时业务的非授权用户U2的占用信道。而被占用的非实时性业务的非授权用户U2则放弃该信道。如果此时缓存队列未满，则该被占用的进行非实时性业务的非授权用户U2将其进行的业务挂起，并将其用户号放入缓存队列中；否则，中断其业务。(3)当新用户为进行非实时性业务的非授权用户时判别缓存队列是否满，若缓存队列未满，则新用户将其进行的业务挂起，并将其用户号放入缓存队列中；否则，新用户被阻止接入。
当一个正在占用信道的授权用户、或者非授权用户完成其业务时，则所占用的信道释放。如果缓存队列中有用户号，则最早的用户号对应的用户将被分配该释放的信道，并且在缓存队列中删掉该用户号；如果队列中没有用户号，则不做操作。如果用户号在缓存队列中存放的时间，超过门限T，则该用户号被丢弃，所对应的用户则被中断。下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。实施例1、假设整个工作频段有10个信道，当前时刻被授权用户占用了 3个，被实时性业务的非授权用户占用了 3个，被非实时性业务的非授权用户占用了 4个。缓存队列最大长度L为3，当前长度为2。2、假设当前有一新的授权用户需要接入信道，由于当前没有空闲信道，因此该授权用户从7个非授权用户占用的信道中随机选择一个进行占用。假设其选择的是实时性业务的非授权用户占用的信道，则该非授权用户放弃信道，并将在4个非实时性业务的非授权用户占用的信道中随机选择一个进行占用。而被占用信道的非实时性业务的非授权用户放弃信道，并挂起自己的业务，同时将自己的用户号放入缓存队列中。3、假设此时又有一新的实时性业务的非授权用户需要接入信道，由于当前没有空闲信道，因此该用户从当前3个非实时性业务的非授权用户占用的信道中随机选择一个进行占用。而被占用信道的非实时性业务的非授权用户放弃信道，并且由于当前缓存队列已满而中断自己的业务。4、假设接着又有一新的非实时性业务的非授权用户需要接入信道，由于当前仍然没有空闲信道，且缓存队列已满，所以该用户被阻止接入。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.认知无线电网络中的用户信道接入方法，具体为 判别当前是否有空闲信道；若当前没有空闲信道，则判别是否有非授权用户占用信道； 若有非授权用户占用信道，则判别新用户所属类型； 若新用户为授权用户，则新用户选择一个非授权用户U0的占用信道； 判别非授权用户Utl是否为正在执行实时业务的非授权用户；若非授权用户U0是正在执行实时业务的非授权用户，则判别是否有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道；若有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道，则非授权用户Utl选择进行非实时业务的非授权用Pu1的占用信道； 判别缓存队列是否满；若缓存队列未满，则非授权用户U1进入缓存队列等待，若缓存队列满，则非授权用户U1 被中断。
2.根据权利要求1所述的用户信道接入方法，其特征在于，还包括步骤在判别新用户所属类型时，若新用户为进行实时业务的非授权用户，则判别是否有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道；若有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道，则新用户选择进行非实时业务的非授权用户U2的占用信道； 判别缓存队列是否满；若缓存队列未满，则非授权用户U2进入缓存队列等待，若缓存队列满，则非授权用户U2 被中断。
3.根据权利要求1所述的用户信道接入方法，其特征在于，还包括步骤在判别新用户所属类型时，若新用户为进行非实时业务的非授权用户，则判别缓存队列是否满；若缓存队列未满，则新用户进入缓存队列等待，若缓存队列满，则新用户被阻止接入。
4.根据权利要求1所述的用户信道接入方法，其特征在于，还包括步骤 若当前有空闲信道，则新用户选择一个空闲信道。
5.根据权利要求1所述的用户信道接入方法，其特征在于，还包括步骤在判别是否有非授权用户占用信道时，若没有非授权用户占用信道，则新用户被阻止接入。
6.根据权利要求1所述的用户信道接入方法，其特征在于，还包括步骤在判别是否有进行非实时业务的非授权用户正在占用信道时，若没有进行非实时业务的非授权用户占用信道，则非授权用户队被中断。
全文摘要
本发明公开了一种认知无线电网络的用户信道接入方法，该方法优先保证授权用户，再针对非授权用户不同的业务时延要求，对实时性业务的非授权用户进行优先分配信道，而对非实时性业务的非授权用户进行缓存处理，这样保证在尽量不中断非实时性业务的非授权用户通信的同时，尽量减小实时性业务的非授权用户的中断概率和阻止概率，从而提高整个非授权用户的GoS服务质量指标。
文档编号H04W74/04GK102355740SQ201110306480
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者余亮, 江涛, 郭鹏 申请人:华中科技大学