专利名称：一种认知无线电通信盟的结盟方法
技术领域：
本发明涉及一种认知无线电通信盟的结盟方法，属于认知无线电技术领域。
背景技术：
随着社会的不断发展和科技的日新月异以及物联网的飞速普及，无线频谱资源却越来越紧张。在这种背景下，认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术应运而生，CR技术通过在时间和空间上充分利用空闲的频谱资源，从而可以有效的缓解或解决上述频谱资源紧张的情况。认知无线电又被称为智能无线电，它以灵活、智能、可重配置为显著特征，通过感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，有目的地实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号的统计变化，从而实现任何时间、任何地点的高可靠通信以及对异构网络环境有限的无线频谱资源进行高效地利用。认知无线电的核心思想就是通过频谱感知(Spectrum Sensing)和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配(DSA dynamic spectrum allocation)和频谱共享(Spectrum Sharing)。认知无线电对无线电灵活的频谱池提供一种机制，这种方法能扩展通常应用的可用带宽。认知无线电概念的出现推进了智能无线电技术在个人移动通信领域的发展。在目前对通信结盟很少量的研究中，大部分是主要依据认知次用户之间的远近来作为判断是否可以建盟的原则，优先将距离较近的认知次用户纳入一个盟内，认知次用户距离较远的往往不会考虑加入一个盟中。但是我们却发现，基于距离的认知次用户建盟没有考虑认知次用户在这段距离的信道上传输的效率，比如一个认知次用户A距离认知次用户B较C近些，A和B通过结盟准则判断后结成联盟，而没有和C建立联盟，但实际情况有可能是A和B间的信道没有A和C间的信道的传输效率高(传输信道增益大)。为此，大部分现有的研究成果是通过获取描述该信道合适的模型(如Hata模型或okumuma模型等) 以及相应的参数来计算信道传输损耗进而确定是否结盟，这虽然能部分解决上述问题，但是却增加了信道模型不匹配而引起的误差和算法的复杂度，这在对时间复杂度有较高要求的通信结盟来说无疑是一大弊端。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对当前固定频谱分配带来的频谱资源紧缺的矛盾，提供一种认知无线电通信盟的结盟方法，优化了系统的信令开销，使得认知节点可以使用较少的功率直接和盟主交互信令而不需每次都与基站进行信令交互。通过建立用户业务触发的机制，系统的吞吐量得到了进一步的提升。本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案一种认知无线电通信盟的结盟方法，包括以下步骤步骤A，以某一基站系统为中心点，获取满足下列结盟条件的认知次用户
①认知次用户发来的RSSI的均值_满足|RSSi- .RSSIiI^;②认知次用户发来的RSSI的波动方差σ 2在基站系统允许的范围内；其中，^^为系统根据接收信号强度指示均值的最小值自适应选定的通
信结盟的结盟范围大小参数，ε为系统允许误差的阈值，η = 2k，k为正整数；步骤B，设η取不同的数值时满足条件的认知次用户的集合为Μη，对于每次η的不同取值在Mn中选择建立6η个通信盟，每个通信盟由基站初始化指定一个盟主，盟主的选择依照以下两种情况进行Β-1，根据每次η的不同取值在集合Mn中，能够找到6η个满足下列极坐标条件的认知次用户，则将这6η个认知次用户作为该基站通信范围内的各个通信盟的盟主；所述极坐标条件为
-hyiTT
R= CnRSSlL,--) (n = 2k，m < 3η，η < N)；其中，η、k、m、N 均为正整数； 3n则具体的盟主的找寻过程为B-1-1，任意选定集合M中的-
-个认知次用户A ；认知次用户A再选择接收到的能量检测值约为的认知次用户B，此时当有多个认知次用户符合此条件，则选择最接近基站系统值ε要求的认知次用户作为认知次用户B;Β-1-2,认知次用户B再选择接收到的能量检测值为的认知次用户C，当有多个认知次用户符合此条件，则选择最接近基站系统值ε要求的认知次用户作为认知次用户C;Β-1-3，重复上述步骤Β-1-1至Β-1-2，直至找到6η个认知次用户；Β-1-4，在上述极坐标R的位置附近没有对应的节点，则降低对认知次用户达到门限值的要求以获得周围更多的可选节点；这样依然没有找到可选节点则停止在该
节点附件的找寻，进入步骤Β-2; Β-2，根据每次η的不同取值在集合Mn中，不能够找到6η个认知次用户，则选择找到的所有认知次用户节点暂时作为各个通信盟的盟主，当两个盟主之间的_值小于系统通讯要求，则取消其中任意一个认知次用户作为盟主的权利，具体的操作指令由基站端负责决策发出；步骤C，各盟盟主选择本盟的盟内成员各盟盟主分别按照以下条件寻找满足结盟条件的认知次用户，所述结盟条件为③认知次用户发来的RSSI的均值_满足口④认知次用户发来的RSSI的波动方差σ 2在基站系统允许的范围内。进一步的，本发明的一种认知无线电通信盟的结盟方法，加入通信盟的认知次用户RSSI均值的下限的计算方法为 RSSImm =
1
24576
Q1
!"λΑ3^
2
1-
(K-I)N0Ba2 其中PKmax为K元QAM通信业务容忍的最大错误概率，N0为单边带环境热噪声功率谱密度，B为传输信号带宽(Hz)，汗2为平均信道噪声功率，Q代表Q函数表。
5
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果1、本发明将GSM的蜂窝式网络架构经过变换后引入到设计中，提出了基于RSSI能量值检测的类蜂窝式拓扑结构，它不同于传统的以地理位置范围作为蜂窝大小选择原则的构架，它是将RSSI能量值的大小作为蜂窝大小的主要判断依据，解决目前基于距离结盟所产生的不足，而且，获取RSSI值不需要增加较大的计算量和额外的硬件，应用成本较低。2、在本发明中，认知节点通过结盟设立一级基站管理、二级盟主管理的分层管理模式，优化了系统的信令开销，使得认知节点可以使用较少的功率直接和盟主交互信令而不需次次与基站进行信令交互。通过建立用户业务触发的机制，系统的吞吐量得到了进一步的提升。
图1是认知网络用户结盟场景拓扑示意图。图2是本发明通信盟结盟过程的流程图。图3是认知次用户分别在不结盟、只结盟情况下系统吞吐量随时间的变化图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明如图1所示，在通信结盟的拓扑结构方案设计中，本发明将GSM的蜂窝式网络架构经过变换后引入到设计方案中，提出了基于RSSI (Received Signal Strength hdication，接收信号强度指示)能量值检测的类蜂窝式拓扑结构，它不同于传统的以地理位置范围作为蜂窝大小选择原则的构架，而是将RSSI能量值的大小作为蜂窝大小的主要结盟判断依据。这个准则可以解决目前基于距离结盟所产生的不足，而且，获取RSSI值不需要增加较大的计算量和额外的硬件，应用成本较低。RSSI是基站(BS)或者盟主侧的指标。本发明选择4QAM0Quadrature Amplitude Modulation，二进制正交振幅调制)作为认知次用户间通信的信道编码方式。K元QAM的错误概率为
权利要求
1.一种认知无线电通信盟的结盟方法，其特征在于包括以下步骤步骤A，以某一基站系统为中心点，获取满足下列结盟条件的认知次用户①认知次用户发来的RSSI的均值_满足②认知次用户发来的RSSI的波动方差Q2在基站系统允许的范围内；其中，—,为系统根据接收信号强度指示均值的最小值自适应选定的通信结盟的结盟范围大小参数，ε为系统允许误差的阈值，η = 2k，k为正整数；步骤B，设η取不同的数值时满足条件的认知次用户的集合为Μη，对于每次η的不同取值在Mn中选择建立6η个通信盟，每个通信盟由基站初始化指定一个盟主，盟主的选择依照以下两种情况进行B-I，根据每次η的不同取值在集合Mn中，能够找到6η个满足下列极坐标条件的认知次用户，则将这6η个认知次用户作为该基站通信范围内的各个通信盟的盟主；所述极坐标条件为-hyiTTR= CnRSSlL,--) (n = 2k，m < 3η，η < N)；其中，η、k、m、N 均为正整数； 3n则具体的盟主的找寻过程为B-1-1，任意选定集合M中的一个认知次用户A ；认知次用户A再选择接收到的能量检测值约为的认知次用户B，此时当有多个认知次用户符合此条件，则选择最接近基站系统值ε要求的认知次用户作为认知次用户B;Β-1-2,认知次用户B再选择接收到的能量检测值为的认知次用户C，当有多个认知次用户符合此条件，则选择最接近基站系统值ε要求的认知次用户作为认知次用户C;Β-1-3，重复上述步骤Β-1-1至Β-1-2，直至找到6η个认知次用户；Β-1-4，在上述极坐标R的位置附近没有对应的节点时，则降低对认知次用户达到门限值的要求以获得周围更多的可选节点；这样依然没有找到可选节点则停止在该节点附件的找寻，进入步骤Β-2;Β-2，根据每次η的不同取值在集合Mn中，不能够找到6η个认知次用户，则选择找到的所有认知次用户节点暂时作为各个通信盟的盟主，当两个盟主之间的^ 值小于系统通讯要求，则取消其中任意一个认知次用户作为盟主的权利，具体的操作指令由基站端负责决策发出；步骤C，各盟盟主选择本盟的盟内成员各盟盟主分别按照以下条件寻找满足结盟条件的认知次用户，所述结盟条件为③认知次用户发来的RSSI的均值_满足口④认知次用户发来的RSSI的波动方差σ2在基站系统允许的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种认知无线电通信盟的结盟方法，其特征在于所述加入通信盟的认知次用户RSSI均值的下限的计算方法为
全文摘要
本发明公开了一种认知无线电通信盟的结盟方法，本发明首先通过引入联盟博弈的思想提出了一种基于RSSI类蜂窝式拓扑结构的通信盟模型的建立方法，并将最大化系统的吞吐量作为通信盟模型的求解目标；认知节点通过结盟设立一级基站管理、二级盟主管理的分层管理模式，优化了系统的信令开销，使得认知节点可以使用较少的功率直接和盟主交互信令而不需每次都与基站进行信令交互。通过建立用户业务触发的机制，系统的吞吐量得到了进一步的提升。
文档编号H04W24/02GK102438245SQ201110260988
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者崔龙, 杨震, 田峰 申请人:南京邮电大学