一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，属于无线通信【技术领域】。本方法包括以下步骤：1)从用户感知异构认知网络的频谱特性，根据切换类型计算切换时延Ts；2)建立网络各频谱的M/G/1排队模型，基于主从用户业务特性计算等待时延Tw；3)根据用户业务负荷及频谱特性计算传输时间Tt，针对从用户业务特性确定候选频谱；4)调用公式T＝Ts+Tw+Tt计算各候选频谱用户传输时延T，选择对应最小传输时延的候选频谱作为驻留/切换频谱。本方法通过综合考虑切换时延、排队等待时延、频谱传输特性，基于最小传输时延准则，确定被中断从用户驻留当前网络/频谱或切换至最佳目标网络的目标频谱，从而实现被中断从用户传输时延最小化及QoS保障。
【专利说明】一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信【技术领域】，尤其是认知无线网络的频谱选择【技术领域】，涉及 一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的快速发展及用户应用需求的不断增长，各类通信应用对无线 频谱的需求日益增加。传统的固定频谱分配方法导致部分频带竞争激烈，频谱资源严重匮 乏；同时，部分频段大量已分配的频谱未得到充分使用，导致频谱利用率低下。为有效提高 频谱资源利用率，缓解频谱资源匮乏问题，采用动态频谱接入机制的认知无线电技术近年 来受到广泛关注。
[0003] 同时，随着现代无线通信技术的发展，不同的接入技术不断涌现，例如传统蜂窝 网络、无线局域网（Wireless Local Area Network, WLAN)、全球微波互联接入（Worldwide interoperability for Microwave Access, WiMAX)、无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)等，因此，未来用户面对的必然是复杂的异构无线网络环境，并且，每种无线 接入网络往往具有其独特的网络特性，具体体现在覆盖范围、传输速率、传输时延、对用户 移动性支持及提供业务类型等方面。因此，通过异构接入网络的融合与协同对分离的、局部 的优势能力与资源进行有序整合，实现网络互联互通、协同工作，提供广覆盖、高带宽、具有 移动性且费用低廉的接入服务，已成为下一代无线通信系统的发展方向。
[0004] 在认知无线电技术和异构网络融合技术的不断发展的趋势下，为充分合理使用宝 贵的无线频谱资源，实现高效通信，未来通信系统必然是能够支持认知无线点技术的认知 异构网络环境。
[0005] 在认知无线电网络中，在用户在不影响主用户正常工作的情况下，可接入授权频 谱进行数据传输。但当从用户检测到主用户到达或频谱服务质量下降时便要执行频谱切 换。而频谱的特性，切换时延，等待时间等因素对从用户传输性能有重要影响，如何在异构 网络下选择一个稳定的性能的频谱作为目标切换频谱，以减少中断用户切换次数，提高传 输性能成为重要研究课题。而如何综合考虑频谱等待时间，频谱特性以及切换时延等关键 因素设计合理频谱切换方法，提高网络频谱资源利用率及用户QoS具有重要意义。
[0006] 近年来，已有研究考虑认知无线网络从用户频谱选择机制。如有人提出认知用户 通过历史信息估计空闲频谱剩余时间列表及各频谱传输需求时长列表，进而确定切换时刻 及切换目标频谱。也有人将认知网络主、从用户接入频谱问题建模为Μ/G/l排队模型，基于 队列长度及用户业务特性对切换从用户排队时延进行评估，进而选择对应最小排队时延的 候选频谱作为切换目标频谱。
[0007] 现有频谱选择机制主要针对同构网络，较少考虑异构认知网络，而异构认知网络 中接入网络的异构特性将给用户频谱选择及切换带来新的困难及挑战；此外，现有频谱选 择准则大多基于最小切换时延，未综合频谱等待时延以及频谱传输性能，可能导致用户切 换目标频谱等待时间过长及传输性能严重受限，无法有效保障用户QoS。
【发明内容】
[0008] 有鉴于此，本发明针对异构认知无线网络被中断从用户持续通信问题综合考虑频 谱切换时延，排队时延及频谱传输特性确定用户驻留当前网络当前频谱或切换至最佳目标 网络目标频谱，以实现中断从用户总传输时延最小化，并提供一种基于最小传输时延的异 构认知网络频谱选择方法。
[0009] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0010] 一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，包括以下步骤：步骤一： 从用户感知异构认知网络的频谱特性，根据切换类型计算切换时延Ts;步骤二：建立网络各 频谱的Μ/G/l排队模型，基于主从用户业务特性计算等待时延T w ;步骤三：根据用户业务负 荷及频谱特性计算传输时间Tt，针对从用户业务特性确定候选频谱；步骤四：调用公式T = Ts+Tw+Tt计算各候选频谱用户传输时延T，选择对应最小传输时延的候选频谱作为驻留/切 换频谱。
[0011] 进一步，在异构认知网络CRN中，从用户切换类型分为网络内主动切换、网络间主 动切换、网络内被动切换、网络间被动切换。
[0012] 进一步，在步骤二中，基于Μ/G/l排队模型对网络中各频谱进行建模，各频谱的排 队模型包括高优先级和低优先级两个队列，主、从用户到达频谱时分别进入高、低优先级队 列排队；仅当高优先级队列中的用户均结束通信，低优先级队列的用户才可使用频谱资源 进行通信，各队列内遵循先到先服务原则服务；被中断从用户的优先级较普通从用户高，因 此，当被中断从用户切换至目标频谱时，将位于目标频谱低优先级队列中其他切换从用户 之后、普通从用户之前。
[0013] 进一步，在步骤中，从用户选择驻留当前频谱或切换至候选频谱应满足频谱时延 低于用户最大可接受时延；定义驻留频谱时延为= Tw，目标切换频谱时延为1
【权利要求】
1. 一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，其特征在于：包括以下步 骤： 步骤一：从用户感知异构认知网络的频谱特性，根据切换类型计算切换时延Ts ; 步骤二：建立网络各频谱的Μ/G/l排队模型，基于主从用户业务特性计算等待时延Tw ; 步骤三：根据用户业务负荷及频谱特性计算传输时间Tt，针对从用户业务特性确定候 选频谱； 步骤四：调用公式T = Ts+Tw+Tt计算各候选频谱用户传输时延T，选择对应最小传输时 延的候选频谱作为驻留/切换频谱。
2. 根据权利要求1所述的一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，其特 征在于：在异构认知网络CRN中，从用户切换类型分为网络内主动切换、网络间主动切换、 网络内被动切换、网络间被动切换。
3. 根据权利要求1所述的一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，其特 征在于：在步骤二中，基于Μ/G/l排队模型对网络中各频谱进行建模，各频谱的排队模型包 括高优先级和低优先级两个队列，主、从用户到达频谱时分别进入高、低优先级队列排队； 仅当高优先级队列中的用户均结束通信，低优先级队列的用户才可使用频谱资源进行通 信，各队列内遵循先到先服务原则服务；被中断从用户的优先级较普通从用户高，因此，当 被中断从用户切换至目标频谱时，将位于目标频谱低优先级队列中其他切换从用户之后、 普通从用户之前。
4. 根据权利要求1所述的一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，其特 征在于：在步骤中，从用户选择驻留当前频谱或切换至候选频谱应满足频谱时延低于用户 最大可接受时延；定义驻留频谱时延为t = Tw，目标切换频谱时延为= Ts+Tw，若某频谱 满足
则该驻留/切换频谱为候选目标频谱，其中，
为用户最大可接受时延。
5. 根据权利要求1所述的一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，其特 征在于：在步骤中，根据公3
f算用户传输时间，其中，L表示从用户数据包的长度，R 表不从用户的传输速率，基于香农公式可建模R。
6. 根据权利要求1所述的一种基于最小传输时延的异构认知网络频谱选择方法，其特 征在于：令从用户当前接入网络为rv当前频谱为1?，计算从用户驻留在当前网络当前频谱 完成数据传输所需总传输时延Γ(?。^ ,及切换至第η个目标网络第k个目标频谱继续传输 所需总传输时延
网络的频谱数目；若
则从用户选择驻留在当前网络当前频谱；否则，从用户选择切换至第n#个网络的第k#个频 谱，η* 及 k* 满足（k*，n*) = arg min T(k'n)。
【文档编号】H04W36/06GK104066132SQ201410311137
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】柴蓉, 郭志民, 陈前斌 申请人:重庆邮电大学