认知无线网络实现全信道分集的分布式盲信道汇聚算法

摘要

一种认知无线网络实现全信道分集的分布式盲信道汇聚算法，当用户节点没有数据需要发送时，按照固定的频率跳变序列进行频率跳变，一旦用户节点有数据发送需求，那么用户节点会按照另一种固定频率跳变序列进行频率跳变，同时发送帧进行汇聚协商请求，用户节点收到协商请求后回复协商信息并等待数据帧的接收。本发明克服现有多信道盲汇聚方法中需要时间或时隙同步以及汇聚多样性匮乏的缺点，提供一种不需要时间或时隙同步以及能够保证最大的汇聚多样性，同时平均汇聚时间较小的多信道盲汇聚方法。实验表明本发明易于实现，可靠性高，同时具有一定抗干扰性能。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信网络技术领域，涉及一种认知无线网络实现全信道分 集的分布式盲信道汇聚算法。

背景技术

随着频谱资源的不断减少，增加对频谱的有效利用显得日益重要，认知无线 网络作为一种高效利用频谱的通信网络越来越受到人们的关注和研究。以往人 们对频谱的利用是将频谱频谱划分为一个个固定频谱块，将频谱块授权给固定 用户使用，然而授权用户无法保证持续高效地利用被授权的频谱块，在时间上 就会造成频谱空洞，由于频谱资源的有限性，对于其他非授权用户的通信需求 则不能满足。这样就会造成一方面是频谱空洞，一方面是无频谱可用的问题。 同时，由于时间上频谱利用的动态性以及用户之间通信协商的必要性，提出了 一种认知无线网络中用户之间通过多信道盲汇聚进行信息协商的方法。

盲汇聚是信道跳变的一种，它比信道跳变更具有针对性和目的性。目前按时 间同步特性划分主要分为：时间同步，时隙同步和时隙异步。时间同步要求所 有用户节点同时从初始时刻进行信道跳变；时隙同步不要求用户从初始时刻同 时跳变，但是它要求用户之间的时隙刻度严格对齐，这对于目前通行网络来说 也是难以实现的；时隙异步既不要求用户同时从初始时刻跳变，也不要求时隙 刻度的对齐，用户之间随时进行信道跳变，对于目前通信网络，技术上易于实 现。

发明内容

本发明解决了现有汇聚方法中不同程度的需要时间或时隙同步造成实际使 用中难以实现的问题，同时保证了多信道汇聚的最大多样性以及较小的汇聚时 间。本发明提供一种认知无线网络实现全信道分集的分布式盲信道汇聚算法， 本发明属于时隙异步方法，同时本发明还保证了信道汇聚多样性的最大化，即 节点在任一可用信道上都能够保证汇聚成功，具有一定抗干扰性能。不仅如此， 本发明在保证汇聚的条件下，能够达到较小的汇聚时间，提高了通信的有效性。

本发明的技术方案是：当用户节点没有数据需要发送时，按照固定的频率跳 变序列进行频率跳变，一旦用户节点有数据发送需求，那么用户节点会按照另 一种固定频率跳变序列进行频率跳变，同时发送帧进行汇聚协商请求，用户节 点收到协商请求后回复协商信息并等待数据帧的接收。

具体地，一种认知无线网络实现全信道分集的分布式盲信道汇聚算法，其特 征在于：已知认知无线网络中各用户节点的可用信道数N以及完成一次协商过 程的最小时间T；当用户节点成功汇聚后进行数据的发射和接收，一旦传输链 路受到干扰无法继续进行数据传输时，用户节点重新进行汇聚；

当用户节点处于无数据发送状态：当用户节点没有数据发送需求时，用户节 点会生成本轮信道跳变列表，生成规则为随机信道选取，同时保证一轮中所有 信道只被访问一次，每次停留侦听时间为(N+1)*T；

当用户节点处于数据发送状态：一旦用户节点有数据发送的需求，用户节点 会重新生成随机的信道跳变列表，用户节点在每个信道上停留时间为T，即用 户节点在每个信道跳变之后同时发送帧进行数据发送的协商请求。

本发明中，在汇聚之前(即进行信道跳变之前)需要通过随机排序的方法生 成信道跳变列表，直到汇聚成功之前信道列表不变，即汇聚成功之前可能会进 行几轮的信道跳变，在这几轮的跳变列表不会改变，一旦汇聚成功进行通信后， 再次汇聚时，会重新随机生成跳变列表。

对于本发明的技术方案，这里举例进行说明：假设网络中一共有5条可用信 道。T为进行一次成功信息交换的最少用时。用户节点A的可用信道的信道标 号为1,3,4,5。那么它的可用信道列表为[1,3,4,5]。那么它需要数据发送时，信 道跳变列表为可用信道列表内信道标号的随机排序并周期重复(周期为可用信 道个数)，也就是说信道跳变列表为[4,1,3,5,4,1,3,5,4,1,3,5,...]，在每个信道上等 待时间为T。直到汇聚成功。这里4,1,3,5的顺序是随机的，也可以是3,4,1,5 等等。那么如果用户节点A没有数据发送，也就是说它处于接收状态，它的信 道跳变列表为可用信道列表的随机排序并周期重复(周期为可用信道个数)， 比如[5,1,3,4,5,1,3,4,5,1,3,4,...]，直到汇聚成功。不同之处在于，处于接收状态 的用户节点A在每个信道上停留时间为(5+1)T。

本发明的有益效果：

本发明克服现有多信道盲汇聚方法中需要时间或时隙同步以及汇聚多样性 匮乏的缺点，提供一种不需要时间或时隙同步以及能够保证最大的汇聚多样 性，同时平均汇聚时间较小的多信道盲汇聚方法。实验表明本发明易于实现， 可靠性高，同时具有一定抗干扰性能。

附图说明

图1是本发明发射和接收节点信道切换的示意图。

图2是用户节点之间通信示意图。

图3是本发明汇聚方法与现有典型汇聚方法在平均汇聚时间上的比较图。

图4为信道汇聚多样性的比较图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

图1是本发明收发节点的信道切换方法示意图。假定环境中有4条可用信道， 图1(a)表示用户节点A处于无数据发送状态，用户节点A生成的信道遍历 序列为[2,4,3,1]，即代表用户节点A每轮按照2—4—3—1的顺序切换信道，同 时在每个信道上停留时间为5T(T为完成一次协商所用最小时间)。用户节点 B处于数据发送状态，用户节点B的信道遍历序列为[4,3,1,2]，即表示用户节 点A按照4—3—1—2的顺序切换信道，同时每切换到一个信道上发送一次协 商请求帧并等待回复(用时为T)。

图2表明了两个用户节点A、B之间的通信过程。其中阴影部分代表信道受 到干扰不可用。当用户节点A有数据发送需求处于数据发送状态时，在信道 2,3,4上遍历并发送一次协商帧，处于接收状态的用户节点B在信道1,3,4上各 等待4T的时间，当用户节点A、B在信道2汇聚成功后交换协商帧和回复帧， 开始进行数据收发。此后在某一时间收到干扰，信道2不可用，用户节点A、 B重新进行汇聚过程，直至在信道1上重新汇聚成功，继续数据的收发操作。

图3为本发明汇聚方法与现有典型汇聚方法在平均汇聚时间上的比较。其中 总信道数为M＝50，活跃用户数K＝10，各用户节点可用信道数占总信道数比率 u＝0.5。图中纵轴比较的是K个活跃用户都完成汇聚所需要的时间，时间单位 为完成一次握手所需要的最少时间。从图中可以看出本发明的汇聚算法完成10 个节点汇聚所需时间最短。

图4为信道汇聚多样性的比较。其中在t＝1000个信道切换时隙内，共有M＝10 个信道供用户节点间汇聚，从图中可以看出，仅有ACH，JS和本发明可以在 所有10个信道上完成汇聚，其中本发明的汇聚总次数居首。

以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特 征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内 容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要 求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。