一种认知无线电网络的信道交汇方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种认知无线网络的信道交汇方法，包括：利用同一CH算法生成认知无线网络中各用户对应的交汇时隙信道序列，且在不同的时间段分别独立启动用户的信道通道；当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列；利用各用户对应的交汇时隙信道序列进行交汇；能够缩短用户的交汇时间，进而提高信道跳频的交汇速度；本发明还提供了一种认知无线网络的信道交汇系统，能够缩短用户的交汇时间，进而提高信道跳频的交汇速度。
【专利说明】
一种认知无线电网络的信道交汇方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及信道交汇技术领域，特别是涉及一种认知无线网络的信道交汇方法及 系统。
【背景技术】
[0002] 目前，由于各种无线设备的指数增长和固定频谱分配规则，一些频谱已经人满为 患，而多数谱未被利用或者利用率不高。为了缓解频谱资源的不平衡利用，人们提出了认知 无线电技术，使二级用户能够有效地利用稀有和贵重的频谱资源。
[0003] 在认知无线电网络（cognitive radio networks，CRNS)中，二级用户可能事先不 知道彼此的存在，因此，在他们交换信息之前，他们会检测彼此的存在来建立通信链路。信 道交汇是二级用户的两个或更多的无线电相交并且建立常用信道上的一条链路的基本过 程，其中，信道跳频(Channe 1 Hopping，CH)是盲交汇最具代表性的技术之一。利用CH技术， CRN的每个二级用户选择一组信道和信道中的跳频序列与潜在的邻居交汇。
[0004] 在现有的信道交汇方法中，每个用户独立地采用同一种跳频算法来生成各自的信 道跳频序列，当他们在某个时隙上存在于相同的跳频信道上时可以直接通信，并且，当两个 用户交汇之后，他们将在接下来的几个时隙里交换彼此的跳频序列，然后用他们自己的方 式跳频。比如，如图1所示，有三个用户11 1，1!2，1!3，这三个用户有6个常用信道，当112和1 13在信道 4时隙1第一次交汇后，他们会持续跳频(跳过信道3时隙3和信道5时隙4)直到ujPu2在信道4 时隙9交汇，此时，由于m通过11 2可以获得u3下一个时隙（时隙10)的信道，m可以在时隙10切 换到u3的信道，因此，这三个用户的交汇时间（TTR)为11个时隙；从而可以了解到这样的跳 频延长了所有用户的交汇时间，影响了信道跳频的交汇速度。因此，如何缩短用户的交汇时 间，进而提高信道跳频的交汇速度，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种认知无线网络的信道交汇方法及系统，以实现缩短 用户的交汇时间，进而提高信道跳频的交汇速度的目的。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种认知无线网络的信道交汇方法，包括：
[0007] 利用同一CH算法生成认知无线网络中各用户对应的交汇时隙信道序列，且在不同 的时间段分别独立启动用户的信道通道；
[0008] 当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应 的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列；
[0009] 利用各用户对应的交汇时隙信道序列进行交汇。
[0010] 其中，当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各 自对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列，包括：
[0011] 确定一个信息长度的值；
[0012] 当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应 的一个信息长度的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列。
[0013] 其中，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应的一个信息长度的新的 时隙信道序列，包括：
[0014] 比较存在信道交汇的两个用户的交汇时隙信道序列，确定所述两个用户在一个信 息长度内将要在相同信道交汇的交汇时隙；
[0015] 确定所述两个用户中具有可用信道多的用户作为目标用户；
[0016] 统计所述目标用户的每个可用且不重叠的信道的访问次数，并选择访问次数最少 的信道作为所述交汇时隙的访问信道。
[0017] 其中，确定所述两个用户中具有可用信道多的用户作为目标用户，包括：
[0018] 分别统计所述两个用户的可用信道的数量；
[0019] 选取所述数量大的用户作为目标用户；
[0020] 若所述两个用户的可用信道的数量一致，则随机选取一个用户作为目标用户。
[0021] 其中，选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙的访问信道，包括：
[0022] 选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙的访问信道；
[0023] 若存在多个信道的访问次数最少，则从访问次数最少的多个信道中随机选取一个 信道作为所述交汇时隙的访问信道。
[0024] 本发明还提供一种认知无线网络的信道交汇系统，包括：
[0025] CH算法模块，用于利用同一 CH算法生成认知无线网络中各用户对应的交汇时隙信 道序列，且在不同的时间段分别独立启动用户的信道通道；
[0026]近期最少信道访问算法模块，用于当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信 道访问算法生成两个用户各自对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇 时隙信道序列；
[0027] 交汇模块，用于利用各用户对应的交汇时隙信道序列进行交汇。
[0028] 其中，所述近期最少信道访问算法模块，包括：
[0029] 信息长度确定单元，用于确定一个信息长度的值；
[0030] 近期最少信道访问算法单元，用于当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信 道访问算法生成两个用户各自对应的一个信息长度的新的时隙信道序列，并将新的时隙信 道序列作为交汇时隙信道序列。
[0031 ]其中，所述近期最少信道访问算法单元，包括：
[0032] 交汇时隙子单元，用于比较存在信道交汇的两个用户的交汇时隙信道序列，确定 所述两个用户在一个信息长度内将要在相同信道交汇的交汇时隙；
[0033] 目标用户子单元，用于确定所述两个用户中具有可用信道多的用户作为目标用 户；
[0034] 信道变化子单元，用于统计所述目标用户的每个可用且不重叠的信道的访问次 数，并选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙的访问信道。
[0035] 其中，所述目标用户子单元具体用于分别统计所述两个用户的可用信道的数量； 选取所述数量大的用户作为目标用户;若所述两个用户的可用信道的数量一致，则随机选 取一个用户作为目标用户的子单元。
[0036] 其中，所述信道变化子单元具体用于选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙 的访问信道;若存在多个信道的访问次数最少，则从访问次数最少的多个信道中随机选取 一个信道作为所述交汇时隙的访问信道。
[0037] 以上本发明提供的一种认知无线网络的信道交汇方法，包括:利用同一 CH算法生 成认知无线网络中各用户对应的交汇时隙信道序列，且在不同的时间段分别独立启动用户 的信道通道；当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自 对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列；利用各用户对 应的交汇时隙信道序列进行交汇；
[0038] 可见，该方法利用近期最少信道访问算法改变已经交汇过的用户的交汇时隙信道 序列，防止它们再次交汇，以提高它们与其它信道进行交汇的速度，进而能够缩短用户的交 汇时间，从而提高信道跳频的交汇速度;本发明还提供了一种认知无线网络的信道交汇系 统，具有上述有益效果，在此不再赘述。
【附图说明】
[0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0040] 图1为现有技术提供的信道交汇过程的示意图；
[0041 ]图2为本发明实施例提供的认知无线网络的信道交汇方法的流程图；
[0042]图3为本发明实施例提供的改进后信道交汇过程的示意图；
[0043]图4为本发明实施例提供的对称情况下L = 20改进后信道交汇过程的实验图；
[0044] 图5为本发明实施例提供的对称情况下N=10改进后信道交汇过程的实验图；
[0045] 图6为本发明实施例提供的非对称情况下L = 20改进后信道交汇过程的实验图；
[0046] 图7为本发明实施例提供的非对称情况下N= 10改进后信道交汇过程的实验图；
[0047] 图8为本发明实施例提供的认知无线网络的信道交汇系统的结构框图示意图。
【具体实施方式】
[0048] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049] 本发明的核心是提供一种认知无线网络的信道交汇方法及系统，以实现缩短用户 的交汇时间，进而提高信道跳频的交汇速度的目的。
[0050] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】 对本发明作进一步的详细说明。
[0051] 设定一个CRN由N(N彡2)个二级用户组成，他们可以用集合N={m，...，uN}表示。假 定系统是有时隙的和所有的时间间隙都具有相同的和固定的长度。许可频谱被划分成Μ个 (Μ多1)非重叠的信道由M={ C1，...，cM}表示。假设网络中的所有次级用户知道所有这些信 道，并且每个用户配备了一个单一的认知无线电。考虑到频谱的异质性，设定MiSM表示 组W的可用信道。
[0052] 如果用户i和用户j跳上同一时隙的同一信道，那么他们就交汇了。加速算法是集 合了交汇的用户，每个用户都作为一个无线电的整体。因此，他们可以尝试与其他用户交汇 成一组。其工作原理如图2所示:参考图2,图2示出了本发明实施例提供的认知无线网络的 信道交汇方法的流程图，该方法具体可以包括如下步骤：
[0053] S100、利用同一CH算法生成认知无线网络中各用户对应的交汇时隙信道序列，且 在不同的时间段分别独立启动用户的信道通道；
[0054] 其中，该步骤的目的是所有用户使用相同的CH算法来生成它们的交汇时隙信道序 列，例如图1中所示的用户m，u2，u 3的在16各时隙中每个时隙对应的信道，形成一个交汇时 隙信道序列;每个用户从不同的时间段独立启动通道。例如图1中所示的用户m， U2，U3在三 个不同的时间段分别独立启动用户的信道通道。
[0055] S110、当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各 自对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列；
[0056] 其中，各个用户利用CH算法生成的交汇时隙信道序列进行通信，若存在两个用户 在同一个时隙下在同一个信道时，则这两个用户交汇。由于它们交汇后会在接下来的时隙 中分享彼此的调频序列信息，即这两个用户后续不再需要进行交汇;因此，为了缩短认知无 线网络中各用户的交汇时间，即要防止已经交汇过的用户再次进行交汇；因此该方法使用 近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序 列作为交汇时隙信道序列。这样各个信道在进行交汇时，不是全部都是用由CH算法生成的 默认跳频序列来尝试交汇。
[0057] 步骤S110具体过程可以是：
[0058]确定一个信息长度的值；
[0059] 当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应 的一个信息长度的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列。
[0060] 其中，不必要将已交汇用户的后续全部时隙对应的信道进行相应修改，只需要在 一个信息长度内进行修改即可;这里一个信息长度的值可以设定为全部用户进行交汇所用 的长度。
[0061] 即当任两个用户交汇时，它们将从接下来的时隙中分享彼此的跳频序列信息。定 义一个信息长度为L，然后它们使用近期最少信道访问算法生成L接下来的新的时隙信道序 列，并在这个时隙通知接触方法即交汇时隙信道序列的变化。
[0062] 其中，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应的一个信息长度的新的 时隙信道序列，包括：
[0063] 比较存在信道交汇的两个用户的交汇时隙信道序列，确定所述两个用户在一个信 息长度内将要在相同信道交汇的交汇时隙；
[0064] 确定所述两个用户中具有可用信道多的用户作为目标用户；
[0065] 统计所述目标用户的每个可用且不重叠的信道的访问次数，并选择访问次数最少 的信道作为所述交汇时隙的访问信道。
[0066] 其中，若所述两个用户的可用信道的数量一致，则随机选取一个用户作为目标用 户；若存在多个信道的访问次数最少，则从访问次数最少的多个信道中随机选取一个信道 作为所述交汇时隙的访问信道。
[0067] 即当任何两个用户中在某个时隙中交汇时，它们将在下一个时隙中共享跳频序列 信息。使用近期最少信道访问算法，以减少重复交汇来加速与其他用户的交汇。在这个算法 中，仅仅改变了用户即将再次交汇的这些时隙的信道。基本要求是在这些时隙中他们不会 跳频到同一信道上。其工作原理可以如下：
[0068] 比较两个交汇时隙信道序列，找出两个用户即将在相同信道交汇的时隙；
[0069] 拥有更多可用信道的用户会被选择改变它的序列，这将使序列更加灵活。如果它 们具有相同数量的可用信道就可以被随机选择。
[0070] 在这些选定的时隙中重新调整访问信道。具体做法是对与某一待调整时隙，计算 该时隙前L个时隙内，该用户的每个可用且不重叠信道的访问次数，然后选择访问次数最少 的信道作为该时隙的访问信道。若存在多个信道访问次数都最少，则随机选择其中的一个 信道。
[0071 ] S120、利用各用户对应的交汇时隙信道序列进行交汇。
[0072]其中，当新的序列被完成时，每个用户都使用由各自对应的默认跳频序列来尝试 交汇。
[0073]请参考图1和图3下面用一个简单的例子来说明算法的原理和加速交汇的过程：
[0074] 如图1所示，有三个用户m，U2，U3，这三个用户有6个常用信道，当U2和U3在信道4时 隙1第一次交汇后，他们会持续跳频(跳过信道3时隙3和信道5时隙4)直到u#Pu 2在信道4时 隙9交汇，此时，由于m通过112可以获得u3下一个时隙（时隙10)的信道，m可以在时隙10切换 到u 3的信道，因此，这三个用户的交汇时间（TTR)为11个时隙；
[0075] 在使用本实施例的方法即在加速情况下，一旦112和113在信道4时隙1第一次交汇后， 它们将改变其跳频序列，以保证它们不会在任何时隙的一段时间跳频到同一信道上。例如， U 2改变了时隙3、时隙4和时隙5的信道序列，然后，当u 1和u 2交汇在信道2时隙4交汇，由于u 1 通过U2可以获得U3下一个时隙（时隙5)的信道，m可以在时隙5切换到U3的信道它们所有的 交汇时间从11减少到6。
[0076] 可以利用C++编写的模拟器来评估上述方法的性能，在所述模拟器中选择在对称 和非对称的情况下都有效的随机算法作为序列生成算法。实验结果请参考图4至图7;
[0077] 其中，图4为对称情况下，总时间与用户的数量(L = 20)，即在对称情况下，交汇的 时间随着L = 20的用户的增加而增加，并且所有用户都具有6个共同可用的信道。但是，近期 最少信道访问算法大大降低了交汇需要的时间。图5为对称情况下，时间比率与交汇信息长 度(N=10)，即在对称的情况下，随机算法和近期最少信道访问算法之间交汇的时间比是低 的。而当L很小的时候，比率随着L的增大而减小，当L到达一个定值时，比率也会获得一个动 态稳定值。
[0078] 图6为非对称情况下，总时间与用户数的数量(L = 20)，即在非对称情况下，交汇的 时间随着L = 20的用户的增加而增加，并且所有用户都具有至少3个共同可用的信道。但是， 近期最少信道访问算法大大降低了交汇需要的时间。图7为非对称情况下，时间比率与交汇 信息长度(N=10)，即在非对称的情况下，随机算法和近期最少信道访问算法之间交汇的时 间比是低的。而当L很小的时候，比率随着L的增大而减小，当L到达一个定值时，比率也会获 得一个动态稳定值。
[0079] 基于上述技术方案，本发明实施例提的认知无线网络的信道交汇方法，利用近期 最少信道访问算法改变已经交汇过的用户的交汇时隙信道序列，防止它们再次交汇，以提 高它们与其它信道进行交汇的速度，进而能够缩短用户的交汇时间，从而提高信道跳频的 交汇速度；
[0080] 基于上述本发明实施例提供的认知无线网络的信道交汇方法，本发明实施例还提 供了一种认知无线网络的信道交汇系统，可以相互对应参照参考图8,该系统可以包括如下 内容：
[0081] CH算法模块100,用于利用同一CH算法生成认知无线网络中各用户对应的交汇时 隙信道序列，且在不同的时间段分别独立启动用户的信道通道；
[0082] 近期最少信道访问算法模块200,用于当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少 信道访问算法生成两个用户各自对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交 汇时隙信道序列；
[0083] 交汇模块300,用于利用各用户对应的交汇时隙信道序列进行交汇。
[0084]可选的，所述近期最少信道访问算法模块200,包括：
[0085] 信息长度确定单元，用于确定一个信息长度的值；
[0086] 近期最少信道访问算法单元，用于当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信 道访问算法生成两个用户各自对应的一个信息长度的新的时隙信道序列，并将新的时隙信 道序列作为交汇时隙信道序列。
[0087] 可选的，所述近期最少信道访问算法单元，包括：
[0088] 交汇时隙子单元，用于比较存在信道交汇的两个用户的交汇时隙信道序列，确定 所述两个用户在一个信息长度内将要在相同信道交汇的交汇时隙；
[0089] 目标用户子单元，用于确定所述两个用户中具有可用信道多的用户作为目标用 户；
[0090] 信道变化子单元，用于统计所述目标用户的每个可用且不重叠的信道的访问次 数，并选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙的访问信道。
[0091] 可选的，所述目标用户子单元具体用于分别统计所述两个用户的可用信道的数 量;选取所述数量大的用户作为目标用户;若所述两个用户的可用信道的数量一致，则随机 选取一个用户作为目标用户的子单元。
[0092] 可选的，所述信道变化子单元具体用于选择访问次数最少的信道作为所述交汇时 隙的访问信道;若存在多个信道的访问次数最少，则从访问次数最少的多个信道中随机选 取一个信道作为所述交汇时隙的访问信道。
[0093]需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重 点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。 对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参 见方法实施例的部分说明即可。
[0094]以上对本发明所提供的认知无线网络的信道交汇方法及系统进行了详细介绍。本 文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于 帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落 入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种认知无线网络的信道交汇方法，其特征在于，包括： 利用同一 CH算法生成认知无线网络中各用户对应的交汇时隙信道序列，且在不同的时 间段分别独立启动用户的信道通道； 当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应的新 的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列； 利用各用户对应的交汇时隙信道序列进行交汇。2. 根据权利要求1所述的认知无线网络的信道交汇方法，其特征在于，当存在两个用户 信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应的新的时隙信道序列，并 将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列，包括： 确定一个信息长度的值； 当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访问算法生成两个用户各自对应的一 个信息长度的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙信道序列。3. 根据权利要求2所述的认知无线网络的信道交汇方法，其特征在于，利用近期最少信 道访问算法生成两个用户各自对应的一个信息长度的新的时隙信道序列，包括： 比较存在信道交汇的两个用户的交汇时隙信道序列，确定所述两个用户在一个信息长 度内将要在相同信道交汇的交汇时隙； 确定所述两个用户中具有可用信道多的用户作为目标用户； 统计所述目标用户的每个可用且不重叠的信道的访问次数，并选择访问次数最少的信 道作为所述交汇时隙的访问信道。4. 根据权利要求3所述的认知无线网络的信道交汇方法，其特征在于，确定所述两个用 户中具有可用信道多的用户作为目标用户，包括： 分别统计所述两个用户的可用信道的数量； 选取所述数量大的用户作为目标用户； 若所述两个用户的可用信道的数量一致，则随机选取一个用户作为目标用户。5. 根据权利要求3所述的认知无线网络的信道交汇方法，其特征在于，选择访问次数最 少的信道作为所述交汇时隙的访问信道，包括： 选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙的访问信道； 若存在多个信道的访问次数最少，则从访问次数最少的多个信道中随机选取一个信道 作为所述交汇时隙的访问信道。6. -种认知无线网络的信道交汇系统，其特征在于，包括： CH算法模块，用于利用同一CH算法生成认知无线网络中各用户对应的交汇时隙信道序 列，且在不同的时间段分别独立启动用户的信道通道； 近期最少信道访问算法模块，用于当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访 问算法生成两个用户各自对应的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序列作为交汇时隙 信道序列； 交汇模块，用于利用各用户对应的交汇时隙信道序列进行交汇。7. 根据权利要求6所述的认知无线网络的信道交汇系统，其特征在于，所述近期最少信 道访问算法模块，包括： 信息长度确定单元，用于确定一个信息长度的值； 近期最少信道访问算法单元，用于当存在两个用户信道交汇时，利用近期最少信道访 问算法生成两个用户各自对应的一个信息长度的新的时隙信道序列，并将新的时隙信道序 列作为交汇时隙信道序列。8. 根据权利要求7所述的认知无线网络的信道交汇系统，其特征在于，所述近期最少信 道访问算法单元，包括： 交汇时隙子单元，用于比较存在信道交汇的两个用户的交汇时隙信道序列，确定所述 两个用户在一个信息长度内将要在相同信道交汇的交汇时隙； 目标用户子单元，用于确定所述两个用户中具有可用信道多的用户作为目标用户； 信道变化子单元，用于统计所述目标用户的每个可用且不重叠的信道的访问次数，并 选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙的访问信道。9. 根据权利要求8所述的认知无线网络的信道交汇系统，其特征在于，所述目标用户子 单元具体用于分别统计所述两个用户的可用信道的数量;选取所述数量大的用户作为目标 用户；若所述两个用户的可用信道的数量一致，则随机选取一个用户作为目标用户的子单 J L· 〇10. 根据权利要求8所述的认知无线网络的信道交汇方法，其特征在于，所述信道变化 子单元具体用于选择访问次数最少的信道作为所述交汇时隙的访问信道;若存在多个信道 的访问次数最少，则从访问次数最少的多个信道中随机选取一个信道作为所述交汇时隙的 访问信道。
【文档编号】H04L27/00GK106027118SQ201610532791
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】贾俊铖, 何正球, 浦敏, 李云飞, 严建峰
【申请人】苏州大学