法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-11-02
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H04W28/26 授权公告日:20160928 终止日期:20171112 申请日:20131112
专利权的终止
2016-09-28
授权
授权
2014-03-19
实质审查的生效 IPC(主分类):H04W28/26 申请日:20131112
实质审查的生效
2014-02-19
公开
公开
技术领域
本发明涉及认知无线电网络的呼叫接纳控制(CAC)策略,具体涉及 一种保证多业务服务质量的最佳信道预留方法。
技术背景
近些年来,随着无线网络技术的快速发展,频谱资源变得越来越稀缺。 造成这种现象的一个重要原因是,传统的动态频谱分配导致了频谱的低利 用率。在这种情况下,认知无线网络(CRNs)的概念被提出来了。认知无 线电网络由独占某些信道的一级用户(PU)和择机使用空闲信道的二级用 户(SU)组成,相对于传统无线网络,其频谱的利用率会得到显著提升。 尽管认知无线技术可以有效地解决频谱资源紧张的问题,但是由于频谱资 源的动态变化所带来的不确定性,使得认知无线网络业务的服务质量保证 成为一个严峻的挑战。
为了提高频谱的利用率或保证业务的服务质量,一些模型和算法相继 被提出。其中,呼叫接纳控制就是一种常用的策略,而为新业务预先预留 信道又是呼叫接纳控制的一种常用方法。当存在多种业务时,一般模型只 是为多种业务预留同样的信道数,很少有模型为多种业务分别预留不同信 道数,这样就无法同时对多种业务的服务质量进行严格控制。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提出一种保证多业务服务质 量的最佳信道预留方法,为不同的业务预留不同的信道数。
为实现以上发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种保证多业务服务质量的最佳信道预留方法,包括以下步骤:
步骤(1)、初始化认知无线电网络,所述认知无线电网络由一级用户PU 和三种不同优先级的二级用户SU1、SU2和SU3组成,有N个可用信道以及 缓冲区,所述三种二级用户的优先级从高到低依次是SU1、SU2、SU3;
步骤(2)、找出最佳的预留信道组合,具体为:
(2.1)求出认知无线电网络的稳态概率;
(2.2)遍历r1∈{0,1,...,N},r2∈{0,1,...,N},r3∈{0,1,...,N},利用步骤(2.1) 得到的稳态概率,求出在每一个组合(r1,r2,r3)下认知无线电网络的多个 性能指标;
(2.3)找出满足pdrop1≤掉线率门限值ζ1以及HD2≤时延门限值ζ2的 所有(r1,r2,r3),其中,使二级用户的加权吞吐率R达到最大值的(r1,r2,r3) 组合,即为最佳预留信道组合,其中r1、r2、r3分别是认知无线电网络为 新到来的SU1、SU2、SU3所预留的信道数;pdrop1为SU1的掉线率;HD2为SU2的时延。
本发明的技术效果为:可以严格地保证多用户的服务质量,而且可以 使二级用户(SU)的吞吐率达到最大化。
附图说明
图1为认知无线电网络的状态转移图,其中(a)为缓冲区为空时的情况, (b)为认知无线电网络中无SU3的情况,(c)为认知无线电网络中有SU3的情 况;
图2为求最佳预留信道组合的算法流程图;
图3为SU1的掉线率pdrop1随PU的到达率λp变化而变化的趋势图;
图4为SU2的时延HD2随PU的到达率λp变化而变化的趋势图;
图5为SU的加权吞吐率R随PU的到达率λp变化而变化的趋势图。
其中,图3~5中的<a>和<s>分别代表分析结果与仿真结果。
具体实施方式
以下结合附图进一步阐明本发明的技术方案。
本发明提出的保证多业务服务质量的最佳信道预留方法,关键在于找 出最佳的预留信道组合。
图1为求最佳预留信道组合的算法流程图,其中Rmax为在保证服务质 量的前提下,二级用户加权吞吐率R的最大值;N为认知无线电网络中总 的可用信道数;r1,r2,r3分别是为新到来的SU1,SU2,SU3所预留的信道数; pdrop1为SU1的掉线率,HD2为SU2的时延。
具体而言,保证多业务服务质量的最佳信道预留方法包括以下步骤:
步骤(1)、初始化认知无线电网络。
假设认知无线电网络由一级用户PU和具有不同优先级的三种二级用 户SU1、SU2、SU3组成,有N个可用信道以及缓冲区,缓冲区仅接纳切 换的SU2和SU3。其中,三种二级用户优先级从高到低依次是SU1、SU2、 SU3,即:如果没有可用信道,新来的SU1优先挤占SU3,若无SU3则挤占 SU2,若无SU3也无SU2则直接掉线;如果没有可用信道,新来的SU2可以 挤占SU3,若无SU3则进入缓冲区;如果没有可用信道,新来的SU3直接进 入缓冲区。在本实施例中,设置认知无线电网络参数N=5,λ1={0.6,0.8}, λ2=0.8,λ3=1,λp={0.1,0.2,...,1.1},μ1=0.6,μ2=0.8,μ3=0.8,μp=1.2,r1∈{0,1,...,N}, r2∈{0,1,...,N},r3∈{0,1,...,N}。其中λ1、λ2、λ3分别为SU1、SU2、SU3的到 达率,λp为PU的到达率;μ1、μ2、μ3分别为SU1、SU2、SU3的服务率,μp为PU的服务率;r1、r2、r3分别是认知无线电网络为新到来的SU1、SU2、 SU3所预留的信道数。
步骤(2)、找出最佳的预留信道组合。
具体包括以下步骤:
(2.1)求出认知无线电网络的稳态概率
要找出最佳的预留信道组合,需要先求出认知无线电网络的性能指标, 为此需要建立一个多维的连续马尔科夫链模型。假设在马尔科夫链中,一 般的状态为[i,j,k,l,kq,lq],其中i∈{0,1,...,N},j∈{0,1,...,N-r1}, k∈{0,1,...,N-r2},l∈{0,1,...,N-r3}分别表示正在服务的PU、SU1、SU2和SU3业务的个数;kq∈{0,1,...,N-r2}、lq∈{0,1,...,N-r3}分别表示缓冲区中SU2和 SU3的个数。
设认知无线电网络处于状态[i,j,k,l,kq,lq]的稳态概率为则 根据图1中状态转移图(a)、(b)、(c),可以列出以下平衡状态方程:
a.当认知无线电网络中的用户数小于N
(iμp+jμ1+kμ2+λp+λ1+λ2+λ3)P[i,j,k,l,0,0]
=α1λ1P[i,j-1,k,l,0,0]+(j+1)μ1P[i,j+1,k,l,0,0]+α2λ2P[i,j,k-1,l,0,0]
+(k+1)μ2P[i,j,k+1,l,0,0]+α3λ3P[i,j,k,l-1,0,0]+(l+1)μ3P[i,j,k,l+1,0,0]
+(i+1)μpP[i+1,j,k,l,0,0]+λpP[i-1,j,k,l,0,0]
其中,
b.当认知无线电网络中的用户数等于N
(iμp+jμ1+kμ2)P[i,j,k,l,0,0]
=β1(j+1)μ1P[i,j+1,k-1,0,1,0]+β2(j+1)μ1P[i,j+1,k,l-1,0,1]
+β2kμ2P[i,j,k,0,1,0]+β2(k+1)μ2P[i,j,k+1,l-1,0,0]+β2lμ3P[i,j,k,l,0,1]
+β2(i+1)μpP[i+1,j,k,l-1,0,1]+β1(i+1)μpP[i+1,j,k-1,0,1,0]
+β3λpP[i-1,j+1,0,0,0,0]+λpP[i-1,j,k,l,0,0]
其中,β1=1(l=0),β2=1(l>0),β3=1(l=0,k=0)。
c.当认知无线电网络中没有SU3
其中,γ1=1(k=0),
d.当认知无线电网络中有SU3
根据这些平稳方程以及所给参数,就可以求出任意状态的稳态概率
根据稳态概率,可以求出认知无线电网络中关于二级用户的多个性能 指标:
用Z=[i,j,k,l,kq,lq]表示认知无线电网络的一般状态,Y=i+j+k+l表示 忙的信道总数,Pz表示认知无线电网络处于状态Z时的稳态概率,则各性 能指标的计算式为:
SU1的阻塞率pblock1:
SU2的阻塞率pblock2:
SU3的阻塞率pblock3:
SU1的掉线率pdrop1:
SU1的吞吐率R1:R1=λ1·(1-pblock1)·(1-pdrop1)
SU2的吞吐率R2:R2=λ2·(1-pblock2)
SU3的吞吐率R3:R3=λ3·(1-pblock3)
SU的加权吞吐率R:R=0.45R1+0.4R2+0.15R3
SU2的时延HD2:
(2.2)遍历r1∈{0,1,...,N},r2∈{0,1,...,N},r3∈{0,1,...,N},利用步骤(2.1) 得到的稳态概率,按照上述计算式求出在每一个组合(r1,r2,r3)下认知无 线电网络的性能指标。
(2.3)根据优先级,SU1被PU挤占后不进入缓冲区,而是直接掉线, 因此SU1没有时延,只需保证其掉线率要求即可;而对于SU2,因为其切换 后进入缓冲区,故没有掉线率,只需保证其时延要求即可;对于SU3,因为 其切换后进入缓冲区,因此同样没有掉线率的要求,而且由于其优先级最 低,对时延也几乎无要求。综上,只需找出满足pdrop1≤掉线率门限值ζ1以 及HD2≤时延门限值ζ2的所有(r1,r2,r3),其中,使SU的加权吞吐率R 达到最大值的(r1,r2,r3)组合,就是所要得到的最佳预留信道组合。本特 定实施例中,设置SU1的掉线率门限值ζ1=0.01,SU2的时延门限值ζ2=0.025。
实际上,当r1,r2给定时,pdrop1和HD2都随着r3的增加而单调增加, 因此可以用二分法查找的方法找出满足pdrop1≤0.01以及HD2≤0.025的 r3,这样可减小算法的时间复杂度。
图3~5分别给出了出了SU1的掉线率pdrop1随PU的到达率λp变化而变 化的趋势图、SU2的时延HD2随PU的到达率λp变化而变化的趋势图以及 SU的加权吞吐率R随PU的到达率λp变化而变化的趋势图。从图3、图4 可以看出,在有预留信道的情况下,可以严格地控制pdrop1、HD2在给定的 门限值之下;而在图5中可以看出,相对于没有预留信道的情况,有预留 信道时的SU的加权吞吐率有所下降,这是为了保证服务质量所必须付出的 代价。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含 在本发明的保护范围之内。
机译: 使用现有预留协议和帧格式在网络内和网络之间提供保证的服务质量/等级的方法和装置
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