一种认知无线电网络中基于用户需求的多因素决策方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种认知无线电网络中基于用户需求的多因素决策方法。
【背景技术】
[0002]随着数据通信业务需求的不断发展，通信技术不断在提高，目前4G网络以超高数据传输速率被人们广泛使用。但是4G网络的覆盖范围还有待提高，在一些郊外、景区可能没有4G网络的覆盖，甚至连基本的2G网络的信号都很差，使得在偏远的郊外不能上网，不仅如此，在市区的一些相对封闭的餐馆等地网络信号也很差。但是现在旅游出行，很多时候需要打车，打车软件已开始盛行，滴滴打车，易到用车等打车软件被人们所接受。此外很多的餐馆都开始和一些手机app如百度外卖、饿了么、淘点点等联合推出很多优惠活动以吸引顾客。享受这些优惠便利都是需要在联网的情况下完成的，但是由于4G信号的不稳定性以及一些地方的不可覆盖性，导致网络不通，使得人们无法享受上述互联网带来的好处。而在这些地方，很多频段如电视广播信号都是覆盖的，信号强度很高且很多频段是空闲的，在这种情况下就可以利用空闲的频段来供顾客使用。此时认知无线网络就能够满足需求，通过感知周围的可用频段，并利用这些空闲频段，既解决了网络不好无法进行网络操作的弊端，又提高了频谱的利用率，所以认知无线网络发展是必然的。作为认知无线电网络中十分重要的一个环节，频谱感知分实时感知和数据库(Database)驱动两种方式。实时感知是要求网络中的接入终端具有与周围环境互动的能力，能够感知和利用周围空间的已注册的空闲的频段，即频谱空洞。数据库驱动方式是通过查询数据库来获得可用频段的信息。认知无线电网络中，除了频谱感知，频谱分配也是一个很重要的阶段。感知到空闲频段后，需要进行频谱分配，从而使次级用户能够利用感知到的频段进行通信。现有的关于认知无线电网络的研究都是将频谱感知和频谱分配分开的，感知有不同的感知方法，不同的感知方法又有不同的优缺点，研究感知主要集中在如何准确的感知到可用频段以供次级用户使用以及哪种感知方法更能够提高准确性并且减少开销。研究频谱分配主要是研究频谱分配方法，如何公平的进行频谱分配。但是感知结果影响频谱分配，频谱分配又会反作用于参与感知的次级用户感知的行为，所以两个环节应该综合考虑，不能割裂开来。协作感知是被研究的最多的频谱感知方法，协作感知可以有效的消除衰落、阴影效应等对频谱检测的影响。但是协作感知会带来感知开销的增大。协作感知开销主要体现在:1.用户冗余，浪费资源；2.感知用户数越多，综合决策时需要传输的数据越多，网络开销越大；3.时延会加大4.次级用户本身的电量消耗。以上前三个方面所述的开销是目前研究的重点，有很多文章对这3个方面的开销进行研究，并给出了解决方案。如有文章提出的and、or、Κ/M协作准则等，有的文章研究认知用户的量化比特数对协作感知的结果的影响，还有的文章研究了根据本地感知结果与中心融合结果的相关性选择认知用户的方法，或者是研究在满足对授权用户的干扰概率可容忍时，结合网络开销和感知性能的影响，提出参与协同频谱感知的最佳认知用户数需要满足的约束条件，并在使用能量融合算法时，证明在约束条件下可以获得最佳认知用户数。但是最后一点关于次级用户的能量消耗问提很少被考虑。用户本身的电量是与用户密切相关的问题，也是用户很关心的问题。次级用户本身的电量就是有限的，所以必须对这有限的电量进行合理、最优的分配。次级用户是将剩余电量用在频谱感知上，或者是做其他的事情上，是一个艰难的决策。若次级用户消耗能量参与感知，但是最后却没有分配到可用的频段，这也是一种能量的浪费，所以决策时需要考虑的因素也是一个难题。
[0003]综上所述，次级用户是否参与频谱感知，参与频谱感知需要考虑的因素有哪些，都是急需解决的问题，以前的文章并没有提出相应的决策方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种认知无线电网络中基于用户需求的多因素决策方法，旨在解决现有的认知无线电网络中次级用户如何决策是否参与频谱感知的问题。次级用户的能量消耗问题在认知无线电网络中很少被研究，而次级用户本身的电量是次级用户密切关注的问题，次级用户的电量分配即次级用户如何决策电量参与感知是一个亟待解决的问题。
[0005]本发明是这样实现的，一种认知无线电网络中基于用户需求的多因素决策方法，所述的认知无线电网络中基于用户需求的多因素决策方法，主要通过数据库(Database)对可用频谱进行预分配得出次级用户的预分配概率，次级用户根据预分配概率与自己本身的情况综合决策是否参与感知。综合决策后，决定参与感知的次级用户进行协作感知，并根据实时感知结果进行频谱分配，最后考察整个网络中次级用户的满意度。
[0006]进一步，所述频谱预分配具体包括:
[0007]步骤一，查询发送阶段:次级用户(SU)发送查询信息给基站(BS)，基站(BS)将查询信息发送到数据库(Database)；
[0008]步骤二，信息提取阶段:数据库(Database)在次级用户(SU)发送的查询信息中提取区域信息，经过一系列的计算，数据库(Database)给出该区域中的频谱可用信息总表，通过基站(BS)将可用频谱信息总表发给次级用户(SU);
[0009]步骤三，结果提交阶段:次级用户(SU)在收到可用频谱信息列表后，选择一个频段，通过基站(BS)发送给数据库(Database);
[0010]步骤四，频谱预分配阶段:数据库(Database)根据每个次级用户在步骤三所发送的信道选择信息计算出每个次级用户能够得到所申请频段的概率，即频谱预分配概率，并将此概率通过基站(BS)发送给每个次级用户(SU)。
[0011]进一步，所述预分配的概率具体计算为:一个频段申请使用的次级用户数为m，则算出若该频段可用，申请该频段的每个次级用户的预分配概率即为1/m。
[0012]进一步，所述综合决策和实时感知、分配具体包括:
[0013]步骤一，综合决策阶段:次级用户(SU)收到自己的预分配概率后，结合自己的剩余电量等其他情况，通过既定的规则综合决策出自己能够参与实时感知的概率，根据此概率决定自己是否参与实时感知；
[0014]步骤二，数据库(Database)监督阶段:数据库(Database)中也存储着每个次级用户(SU)的剩余能量与预分配概率，也可算出每个次级用户(SU)参与感知的概率，根据网络规定得出参与感知的次级用户，此时数据库(Database)负责监督需要参与感知的次级用户参与实时感知；
[0015]步骤三，实时感知阶段:在预分配之后，需要参与感知的次级用户在数据库(Database)的监督下进行实时协作感知；
[0016]步骤四，频谱分配阶段:根据实时感知的结果，进行频谱分配。
[0017]进一步，所述满意度计算阶段:频谱分配完后考察整个网络次级用户的整体满意度，网络的整体满意度的计算如下:有s个次级用户参与感知，其中只有t个次级用户得到了想要的频段，此时满意度定义为:ω@= t/so
[0018]本发明提供的认知无线电网络中基于用户需求的多因素决策方法，本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0019]1.对已有的关于协作感知的花销的研究进行了扩充，考虑了已有研究没有考虑的关于次级用户能量消耗方面对次级用户参与感知的影响。
[0020]2.通过借鉴数据库(Database)驱动来对可用频谱进行预分配，预分配之后再进行实时感知，既保证了感知结果的精确度，也考虑了次级用户的意愿，最后对整个网络的满意度进行考察，更保证了整个网络的稳定性及其他性能。
[0021]3.综合考虑多方因素，如次级用户的预分配概率、次级用户的电量剩余等，给出了一种决策方法，次级用户根据该决策方法决定自己是否参与频谱感知。