认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信领域，更具体的设及一种认知网络中的拥塞控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的快速发展，对无线频谱资源的需求不断增加，使得无线频谱 资源变得十分稀缺。在现行的静态频谱分配政策下，某些特定频段已经非常拥挤，几乎很难 再提供新的频谱资源。与此同时，很多已授权的频谱使用效率低，大部分频谱的利用率不足 5%，存在着大量频谱空洞。因此，提高授权频谱的利用效率是当前无线通信领域亟需解决的 问题。无线认知网络的出现，有效的解决了上述问题。无线认知网络中的认知用户通过实 时感知外部频谱的使用情况，发现并利用空闲的授权频谱进行数据传输，实现频谱资源的 动态共享。
[0003] 在认知无线网络中存在两类用户；主用户（PU，primaryuser)和认知用户（CU， cognitiveuser)。主用户是在指定频谱上的授权用户；认知用户没有任何频谱使用授权， 只有当主用户的频谱出现空闲情况下，才能占用其频谱通信。然而，在认知无线网络环境 中，由于不同认知用户的接入方式或发射功率不一定相同，处于同一授权频谱覆盖范围内 的多个认知用户在接入和使用频谱的过程中可能出现干扰现象。同时，授权频谱分配的先 后次序也将影响频谱分配的最终结果。目前，已有部分研究针对认知无线电的频谱分配过 程展开了讨论，通过分析多个相互竞争的认知用户之间的关系，将授权频谱分配给满足一 定条件的认知用户使用。可W发现，现有的频谱分配算法在分配过程中主要W特定的目标 函数为指导，并未考虑认知用户的拥塞状况和频谱分配过程的公平性。此类算法在分配过 程中W最大化目标性能为主导，可能将频谱资源优先分配给部分竞争力较强的认知用户， 导致其他竞争力较弱的认知用户由于可用频谱被占用而出现拥塞；另外一些授权频谱资源 由于没有认知用户接入而继续空置，产生"饿死"现象。
[0004] 综上可知，现有在认知网络中解决拥塞的方法主要是基于频谱分配来实现的，认 知用户在接入授权频谱的竞争过程中可能出现干扰，一些认知用户由于长期竞争不到频谱 可能出现拥塞，而现有的频谱分配算法在频谱分配的过程中并没有考虑认知用户自身的拥 塞状况。如何准确的检测认知用户本身的拥塞状况和公平的分配频谱是拥塞控制亟需解决 的关键技术难题，也是目前所研究的热口课题。
【发明内容】
[0005] 针对上述认知用户在接入授权频谱的竞争过程中所产生的拥塞问题，本发明提出 了一种在认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法。认知节点通过监测一段时间内的数据 传输率来检测拥塞，若发生拥塞，则发送拥塞通告信息给管理节点，管理节点根据申请频谱 的认知节点的拥塞度进行频谱分配；拥塞节点获得频谱分配后，根据当前缓存长度来分配 拥塞解除周期，从而缓解拥塞。本发明提高了认知节点使用频谱的公平性，并能有效减少碰 撞、降低丢包率和增加吞吐量。
[0006] 本发明提出一种认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法，在认知网络中，认知 用户通过占用授权用户的空闲频谱进行通信；在认知用户中有一个管理节点，用来感知、分 配和管理频谱；首先，认知节点依当前数据传输率判定拥塞度，并向管理节点发送携带拥 塞度的拥塞通告消息；然后，管理节点根据申请频谱的认知节点的拥塞度来进行频谱分配； 最后，认知节点获得频谱分配后，根据当前缓存长度来设定拥塞解除周期，并进入拥塞解除 过程，包括W下步骤： 步骤一、管理节点循环检测网络中全部授权用户的工作频谱，判断授权用户的工作频 谱是否空闲，若授权用户的频谱空闲，则将此频谱添加到可用频谱表中； 步骤二、管理节点收到认知节点的通信请求后，若可用频谱表不为空，则从表中分配频 谱给认知节点，并将此频谱添加到已用频谱表中；否则，向认知节点发出拒绝响应信息； 步骤=、若认知节点需要通信，则向管理节点发出请求，当认知节点获得管理节点的频 谱分配后，使用从管理节点处获得的频谱与其它认知节点通信；若该频谱的授权用户需要 使用当前频谱，则认知用户退出该频谱；否则，通信结束后退出该频谱； 步骤四、认知节点周期性的计算平均数据传输率马并根据当前平均数据传输率检 测自身的拥塞状况；若出现拥塞，则将拥塞分级生成节点自身的拥塞度，并将拥塞度嵌入到 拥塞通告信息包中，发送给管理节点，执行步骤五；否则，执行步骤八； 步骤五、管理节点收到拥塞通告信息包之后，根据可用频谱表和已用频谱表中的信息， 并根据申请频谱的认知节点的拥塞度进行频谱分配； 步骤六、拥塞节点获得管理节点的频谱分配，根据缓存长度设定拥塞解除周期，并进入 拥塞解除过程；否则，等待频谱分配； 步骤走、拥塞解除周期结束之后，认知节点判断拥塞是否解除，若节点的平均传输率 巧^大于拥塞阔值見tx，则执行步骤八；否则，执行步骤四； 步骤八、结束。
[0007] 与现有拥塞控制方法相比，本发明的优势在于： 1、本发明提出的认知节点通过平均数据传输率来检测自身的拥塞状况，不仅能够实时 并准确的检测本身的拥塞状况，也不需要额外的通信开销，检测方法简单。在拥塞解除过程 中认知节点根据当前缓存长度设定拥塞解除周期，可W避免拥塞节点在拥塞解除过程中长 期占用频谱，而导致其它认知节点产生拥塞。在执行完拥塞解除算法之后，再次进行拥塞判 定，能够确保拥塞的彻底解除。
[0008] 2、本发明根据拥塞度来执行频谱分配算法，拥塞节点不仅可W占用空闲频谱，还 可W占用其它低拥塞度节点的频谱，减少了拥塞节点接入频谱的时间；提高了频谱使用的 公平性和效率，有效减少了碰撞和丢包，并提高了吞吐量。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的拥塞控制流程图； 图2是本发明实施例提供的认知网络中网络拓扑结构示意图； 图3是本发明实施例提供的认知网络中管理节点频谱分配过程的流程图。
【具体实施方式】
[0010] 本发明提出了一种认知网络中采用频谱分配的拥塞控制方法。下面结合附图对本 发明的实施方案作进一步的具体阐述。
[0011] 1.参见附图1，它是本发明的拥塞控制流程图；在本发明中，首先，认知节点通过 监测本身的数据传输率检测拥塞，并划分拥塞度；然后，检测到拥塞的认知节点向管理节点 发送拥塞通告信息，管理节点收到拥塞通告消息后，根据可用频谱表和已用频谱表中的信 息，并结合拥塞度分配频谱给拥塞节点；最后，拥塞节点获得频谱分配后，根据当前缓存长 度设定拥塞解除周期并接入频谱进行拥塞解除；拥塞节点执行拥塞解除算法后，再进行拥 塞检测，从而能够彻底解除拥塞；如果没有发生拥塞，则不做处理。
[0012] 2.参见附图2,它是本实施例提供的认知网络中网络拓扑结构示意图；在本实施 例中，假设认知网络中有W+ 1个认知节点，其中一个为管理节点。在认知网络的覆盖范围 内，有一个授权网络，共有M个工作频谱，记为//;真.....最大授权用户为M个，对 应分配相应的工作频谱。认