干扰感知的非合作速率控制方法

文档序号:7863017阅读:217来源:国知局
专利名称:干扰感知的非合作速率控制方法
技术领域
本发明属于通信领域,特别涉及一种速率控制方法,可用于认知无线网络。
背景技术
认知网络是由Motorola及Virginia-Tech公司率先提出的。认知网络是一种具有认知能力的网络,能够在复杂多变的网络环境中感知网络当前的状况,并根据当前的状况来计划、决策并在保证端到端性能的前提下做出自适应的调整。同时,认知网络能够从不断的自适应过程中学习网络知识,并利用这些知识在未来的决策中。综上所述,认知网络能够感知当前网络条件并根据系统性能目标进行动态规划和配置,通过自学习和自调节,采取适当的行动来满足性能目标。 认知网络自从明确提出概念以来,在很长一段时间科研人员将研究的重心集中在如何进行频谱侦听和主用户检测、动态频谱分配、功率控制等问题上,而对于基于认知网络环境的干扰感知的速率控制方法研究还处于初期阶段。现有技术中适用于认知无线网络环境的速率选择方法是由Dimitrio Tsamis等人提出的速率控制算法RCG (Rate Control Game)。在该方法中,无线接入网管理实体广播全局信息,每个终端依据全局信息根据预先设定好的效用函数选择传输速率。该方法包括网络全局信息收集和终端速率选择两个阶段。全局速率信息收集阶段,无线接入网管理实体使用Zeus作为信息收集载体负责收集当前网络容量和当前网络可用带宽,终端I在收到Zeus下发的全局信息后,启动速率传输选择过程。终端速率选择阶段,终端I根据预先设定的代价函数Ji, i e N,其中N表示系统中的用户ID,并结合网络当前可用带宽,在满足
条件下,其中Α( )表示t时刻终端i的传输速率,开启传输速率迭代。在t时亥IJ,从终端I开始试探性的增加传输速率/f).1 e N,选择t时刻使传输速率代价函数最小的传输速率为t+Ι时刻终端I的传输速率pf+1),并向无线接入网上报该终端t+Ι时刻的传输速率。无线接入网收到终端I的传输速率后,更新全局速率信息中终端I的传输速率,并将全局速率信息下发给终端2。终端2收到全局速率信息后执行和终端I相同的操作,以此类推。当终端的传输速率的变化量的绝对值满足|p(t+1)-p(t)|彡ε时,终端停止速率选择,并一直以该时刻的传输速率传输信息。以上技术存在以下问题(I)在网络全局信息收集和终端速率选择阶段,由于信息收集载体Zeus和所有终端有大量的信息交互,加重了无线接入网负荷;(2)在RCG速率控制算法中,由于一个终端占用过多系统资源造成其他终端必须做出适当让步,使得系统中的用户公平性差。

发明内容
本发明的目的针对上述已有技术的不足,提出干扰感知的非合作速率控制方法,以解决当前无线接入网和信息收集载体信令交互量过大的问题。
干扰感知的非合作速率控制方法,包括下列步骤(I)在无线接入网RAN的一侧,网络重构管理实体RNRM收集N个终端感受到的初始速率干扰信息,并广播N个终端的初始速率干扰信息,表示为Θ广),i e N,每个终端包括终端重构管理模块TRM、终端测量收集模块TMC和终端重构收集模块TRC ;(2)在第i个终端的一侧,终端重构管理模块TRM对该第i个终端和无线接入网之间信息的传输速率进行初始化,表示为ρΓ,终端重构管理模块TRM对该第i个终端的速率选择终止门限进行初始化,统一表示为ζ,终端重构控制模块TRC对该第i个终端的干扰预测步长进行初始化,统一表示为u (°) = 1,i e N,系统内的N个终端同时执行上述操作;(3)在第i个终端的一侧,终端测量收集模块TMC根据该第i个终端t时刻的传输 速率Aw和感受到的干扰值矿),计算该第i个终端的效用值wf) = a, log(l + ) + (1- ,式中,第一项表不第i个终端对于t时刻的传输速率的感受质量,第二项表不第i个终端对于t时刻的传输速率的惩罚,a i为第i个终端对于t时刻的感受质量的权重因子,β i为第i个终端对于t时刻的速率惩罚项的权重因子,第i个终端根据自身对于传输速率的感受质量和传输速率惩罚的侧重,选择权重因子αρ βρ i e N,系统内的N个终端同时执行上述操作;(4)在第i个终端的一侧,终端测量收集模块TMC依据第i个终端在t时刻的效用值干扰值和干扰预测步长u(t),预测第i个终端t+Ι时刻感受到的干扰值0” ··0;r'l) = max+,
ω+\式中,Cs表示系统容量,ω为收敛因子,取值为ω = 2,i e N,系统内的N个终端同时执行此操作;(5)在第i个终端的一侧,终端重构管理模块TRM根据预测的t+Ι时刻该第i个终端的干扰值,选择t+Ι时刻第i个终端的传输速率pf+1):Pi(M> =-f ^( +1) — I,G N .
Pl(6)在第i个终端的一侧,终端重构管理模块TRM计算该第i个终端当前t时刻的传输速率和t+i时刻的传输速率的差值绝对值,当终端重构管理模块TRM停止更新第i个终端的传输速率,第i个终端以当前传输速率Pi 1传输信息,否则终端
重构控制模块TRC更新干扰预测步K ^,并返回步骤(3)。本发明具有如下优点1.本发明由于采用每个终端自主选择速率的非合作速率控制方法,有效减少终端和无线接入网之间信息的交互,从而节省时间和信令开销;2.本发明由于每个终端能够有效感知干扰信息,使得每个终端得到的传输速率是当前环境下通过自身努力能够得到的最大传输速率。仿真结果表明相对于现有RCG速率控制方法,本发明能够在系统同利用率损失不大的情况下快速收敛,节省信令开销。


图1是本发明的实现流程图;图2是本发明使用的场景图;图3是本发明与现有RCG速率控制方法对系统资源利用率的对比图;图4是本发明与现有RCG速率控制方法速率更新迭代的次数对比图。
具体实施方式

参照图1,本发明的具体实施步骤如下 步骤I,初始化全局速率干扰信息在无线接入网RAN的一侧,网络重构管理实体RNRM收集N个终端感受到的初始速率干扰信息,并广播N个终端的初始速率干扰信息,表示为Θ,),i e N,其中网络重构管
理实体RNRM根据当前系统中的终端总数,在区间0,.内随机选取每个终端感受到的干
L N」
扰值,Cs表示系统的容量;所述的每个终端包括终端重构管理模块TRM、终端测量收集模块TMC和终端重构收集模块TRC。步骤2,初始化终端速率选择所需信息在第i个终端一侧,终端重构管理模块TRM在区间0,^内随机选取第i个
L N + 1J
终端初始传输速率Pw,终端重构管理模块TRM对第i个终端速率选择终止门限进行初始化,统一表示为ζ, ζ >0,终端重构控制模块TRC初始化第i个终端的扰预测步长
Ju = — =1,i e N,系统内的N个终端同时执行此操作;
Ine步骤3,选择终端速率(3a)在第i个终端一侧,终端测量收集模块TMC根据第i个终端的t时刻的传输速率P产和感受到的干扰信息,计算第i个终端的t时刻的效用函数值C ,效用函数是一种评估传输速率所带来的感受质量的函数,本发明定义效用函数为
(r)= a, log(l + ρ;η) + βι{\-,式中,第一项表不第i个终端对于t时刻的传输速率的感受质量,第二项表不第i个终端对于t时刻的传输速率的惩罚,a i为第i个终端对于t时刻的感受质量的权重因子,β i为第i个终端对于t时刻的速率惩罚项的权重因子,第i个终端根据自身对于传输速率的感受质量和传输速率惩罚的侧重,选择权重因子α P β y i e N ;(3b)在第i个终端一侧,终端测量收集模块TMC根据t时刻第i个终端的效用值 、感受到的干扰信息0"和干扰预测步长u ω,预测t+Ι时刻该终端感受到的干扰值··<+1)£/))# +υ(χ\ CJ },
扮+1式中,Cs表示系统容量,ω为收敛因子,取值为ω = 2, i ^ N ;
(3c)在第i个终端一侧,终端重构管理模块TRM根据t+Ι时刻感受到的干扰值汉\十算t+Ι时刻终端的传输速车1),本发明定义下一时终端传输速率的计算公式
权利要求
1.干扰感知的非合作速率控制方法,包括下列步骤(1)在无线接入网RAN的一侧,网络重构管理实体RNRM收集N个终端感受到的初始速率干扰信息,并广播N个终端的初始速率干扰信息,表示为
2.如权利要求1中所述方法,其中步骤(I)所述的网络重构管理实体RNRM收集N个终端感受到的干扰信息,是根据系统中终端总数N,在区间[O, 中随机选取每个终端感受N到的干扰值,其中Cs为当前系统容量,并广播给每个终端。
3.如权利要求1中所述方法,其步骤⑵所述的终端重构管理模块TRM对该第i个终端和无线接入网之间信息的传输速率进行初始化,是由终端重构管理模块TRM在区间
4.如权利要求1中所述方法,其中所述步骤(4)中的干扰值是指系统内的剩余容量,用公式表示为
全文摘要
本发明公开一种干扰感知的非合作速率控制方法,主要解决现有技术对当前认知网络速率控制信令交互过多的不足。其实现步骤是(1)网络重构管理实体收集并广播N个终端的初始速率干扰信息;(2)每个终端的终端重构管理模块和终端重构控制模块初始化速率选择信息;(3)每个终端的终端测量收集模块利用t时刻的干扰值和传输速率计算t时刻的效用值;(4)每个终端利用t时刻效用值和t时刻干扰信息预测t+1时刻的干扰值;(5)每个终端利用t+1时刻的干扰值计算t+1时刻的传输速率;(6)重复(3)~(5),直到所有终端找到最佳传输速率。本发明能有效减少无线接入网和终端的信令交互,且使每个终端选择的传输速率是当前环境下通过自身努力获得的最大传输速率,可用于无线认知网络。
文档编号H04W28/22GK103002519SQ20121039369
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者杨春刚, 董延杰, 盛敏, 李建东, 李红艳, 刘勤, 张琰 申请人:西安电子科技大学
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