一种分布式认知无线网络中主动频谱切换的方法与流程

技术特征：
1.一种分布式认知无线网络中主动频谱切换的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)认知用户初始化，其中所述认知用户属于首次接入网络，其并未对频谱存在任何使用信息，信道数据库信息初始化为0，空闲信道剩余时间列表和认知用户对不同信道的传输需求时间列表分别初始化为T0和CRj(l0)；(2)频谱感知，其中在所述频谱感知过程中包括以下步骤：A.所述认知用户接入信道后，在感知静默期对本地信道和邻居信道的状态进行频谱感知，其中每个认知用户的能力有限，不能进行大范围的全频段的连续监测，只能感知部分信道的状态信息；B.所述认知用户之间通过控制信道可以共享感知信息，每个认知用户收集可用频谱的使用信息；其中，所述控制信道为专用的认知业务交互信息的信道，独立于用于数据通信的认知数据信道之外；C.所述认知用户将所述感知信息与聚集的其它可用频谱的状态信息进行融合处理，并存储在信道数据库中；D.经历t1时间的观察后，从信道的角度出发，认知用户利用信道数据库中的信息建立空闲信道剩余时间列表；E.从认知用户的角度出发，预测同一认知用户在不同信道上所需时长lij，建立认知用户j对不同信道i的传输需求时长列表；经历t1时间的观察后，授权用户的行为可以建模成ON/OFF指数交替模型，ON(状态1)代表忙，即授权用户在使用授权信道；OFF(状态0)代表闲，即授权用户释放授权信道；根据排队论的相关知识，业务请求的到达过程服从速率为λi的泊松随机过程，则业务请求到达时间间隔Xi(OFF)服从均值为1/λi的负指数分布；同理，业务离开过程服从速率为γi的泊松随机过程，每个业务请求的服务时间Yi(ON)服从均值为1/γi的负指数分布：对于认知用户而言，信道的可用率为：其中，ηi为对认知用户而言，建模为ON/OFF指数交替模型的授权信道的可用概率；根据更新理论，从0状态转移到0状态的概率以及从1概率转移至0状态的概率分别为：其中，Δt代表上一感知结果到下一感知周期的时间间隔，那么信道i在下一阶段的空闲概率为：其中，Li为上一阶段信道i的状态；从信道的角度出发，计算不同信道的剩余空闲时长生成空闲信道剩余时长列表：F.在每个感知静默期，即在t2＝t1+mΔt(m＝0,1,2…)时刻，认知用户根据最新的感知结果更新信道数据库信息，其中，更新不同信道授权用户的空闲时间期望值1/λi和繁忙时间的期望值1/γi，进而更新空闲信道剩余时长列表；同理，令lij＝lij-mΔt(m＝0,1,2…)，更新传输需求时间列表；Δt为认知用户的感知-传输周期Δt＝Δt1+Δt2，认知用户的感知时长Δt1，传输时长Δt2；(3)判断是否切换频谱，其中，比较空闲信道剩余时长列表和认知用户CR1对不同信道的传输需求时间列表中对应的项目，判断本地信道l1i-Ti＞＝0，若是，则需要切换，转至步骤(4)；否则，转至步骤(6)；其中，l1i为判断CR1在本地信道i上的传输时长；(4)按信道选择概率大小对不同信道进行排序，选择具有最大信道选择概率且满足门限值Tij＞0.5信道i作为目标切换信道：其中，Tij为信道选择概率值，若存在可用信道i满足上述条件，则进行频谱切换，转至步骤(5)；否则，转至步骤(6)；(5)认知用户根据计算结果执行频谱切换，其中包括：A.认知用户CR1根据判断结果在下一通信时期切换到目标信道；B.认知用户CR1通过控制信道通知与其通信的CR2切换到相同的信道；C.若切换成功，令Lij＝Lij-ε1，转至步骤(6)；若切换失败，令Lij＝Lij+ε2，转至步骤(2)，其中，Lij是学习因子，ε1和ε2分别为学习常数和遗忘常数；(6)在通信期继续进行数据通信，经历Δt2后判断是否完成通信，若是，转至步骤(7)；否则，返回步骤(2)，其中，Δt2为授权用户可容忍的最大干扰长度(认知用户的通信长度)；(7)一次业务结束，等待下次业务。2.根据权利要求1所述的主动频谱切换方法，其特征在于，所述的认知用户进行本地信道检测的方法如下：在感知阶段，认知用户启动本地信号检测过程，检测授权用户信号，若认知用户在信道Chn检测到授权用户的信号能量大于检测门限，则信道Chn的本地感知结果Staten为1，n∈{1,2,3,......m}，m为本地需要检测的信道个数，检测门限值根据信道衰落情况和认知用户与授权用户发射机的距离而定，否则信道Chn的本地感知结果Staten为0；认知用户对邻居信道执行同样检测算法，得到可用信道的状态信息。3.根据权利要求1所述的主动频谱切换方法，其特征在于，将所述感知信息与聚集的其它可用频谱的状态信息进行融合处理的方法如下：认知用户在每个感知周期都对信道状态进行感知，则结合信道的多次感知结果可以得到信道ON或OFF状态的持续时间，并记录在信道数据库中，OFF状态的持续时间为xi＝(x1，x2，…，xn)，ON状态的持续时间为yi＝(y1，y2，…，yn)，其中C为检测结果连续相同的次数。4.根据权利要求1所述的主动频谱切换方法，其特征在于，所述认知用户j在可用信道i的传输所需时长列表的生成方法如下：认知用户在任一信道上的传输所需时长等于认知用户要传输的数据量与传输速率的比值其中，Sdata为本次业务需要传输的数据量，Vij为认知用户CR1在信道i上的传输速率从认知用户的角度出发，预测同一认知用户在不同信道上所需时长lij，建立认知用户j对不同信道i的传输需求时间列表:其中，Ch1、Ch2分别代表不同的信道，l11、l12表示认知用户CR1在Ch1和Ch2上的传输所需时长。5.根据权利要求1所述的主动频谱切换方法，其特征在于，所述的信道选择公式如下：其中，αβ分别为影响lij和Lij的正的常量系数。经过一段时间的观察后，未来频谱的可用信息可以通过预测得到，Ti为信道i的空闲剩余时间，lij为认知用户j在信道i上所需的传输时间，Lij是一个学习因子，若切换成功且信道i满足认知用户的QoS要求，则认知用户j从成功中学习，Lij更新为Lij-ε1；若切换失败或信道i不能满足认知用户j的QoS要求，则信道i不适合认知用户j通信，认知用户j从失败中学习，Lij更新为Lij+ε2，ε1和ε2分别为学习常数和遗忘常数。6.根据权利要求书1所述的主动频谱切换方法，其特征在于，所述认知用户若不是首次接入网络，则直接转至步骤(2)。