本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)通信，尤其涉及一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與其它領(lǐng)域進行技術(shù)交叉融合是不可避免的發(fā)展趨勢。然而，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的爆炸式增長，物聯(lián)網(wǎng)通信非常具有挑戰(zhàn)性，許多需要帶寬的設(shè)備相互競爭非常有限的通信帶寬。因此，頻譜資源的不足已成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行大規(guī)模部署的一個重要挑戰(zhàn)，亟需設(shè)計一種物聯(lián)網(wǎng)通信公平的接入方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中頻譜資源的不足的缺陷。本發(fā)明基于頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型能夠提高頻譜資源的利用率，在綜合考慮多種約束下，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信的公平接入。

2、本發(fā)明提供一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法，包括：建立頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型；所述頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型為集成認知無線電、能量采集和環(huán)境反向散射通信的模型；基于所述頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型，考慮能量約束、時間資源約束和主通信鏈路的qos約束，構(gòu)建頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的吞吐量最大化的公平接入問題；將所述公平接入問題轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題，并利用凸優(yōu)化求解器求解所述凸優(yōu)化問題，得到物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入?yún)?shù)。

3、根據(jù)本發(fā)明提供的一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法，物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)包括基站、已授權(quán)頻譜資源的移動終端、若干個未授權(quán)頻譜資源的標(biāo)簽和閱讀器；同時所述基站用于通過主通信鏈路與所述移動終端進行通信；所述建立頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型，包括：通過所述標(biāo)簽在預(yù)設(shè)時間塊內(nèi)進行頻譜感知，得到頻譜感知結(jié)果；所述頻譜感知結(jié)果用于確定所述主通信鏈路的信道狀態(tài)；根據(jù)所述頻譜感知結(jié)果將所述預(yù)設(shè)時間塊劃分為信道忙碌時間段和信道空閑時間段；在所述信道忙碌時間段內(nèi)，所述主通信鏈路的信道狀態(tài)為忙碌狀態(tài)，所述標(biāo)簽依次執(zhí)行對所述基站的射頻能量收集和與所述閱讀器的反向散射通信；在所述信道空閑時間段內(nèi)，所述主通信鏈路的信道狀態(tài)為空閑狀態(tài)，所述標(biāo)簽在交織模式下接入所述閱讀器進行主動通信。

4、根據(jù)本發(fā)明提供的一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法，所述標(biāo)簽還用于在所述預(yù)設(shè)時間塊內(nèi)采集非射頻能量。

5、根據(jù)本發(fā)明提供的一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法，所述基于所述頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型，考慮能量約束、時間資源約束和主通信鏈路的qos約束，構(gòu)建頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的吞吐量最大化的公平接入問題，包括：

6、目標(biāo)函數(shù)：

7、

8、

9、

10、

11、

12、

13、

14、其中，c1為所述主通信鏈路的qos約束，c2為所述能量約束，c3為所述時間資源約束中信道忙碌時間段約束，c4為所述時間資源約束中信道空閑時間段約束，c5為反向散射系數(shù)約束，c6為功率時間參數(shù)約束，為多目標(biāo)詞典優(yōu)化問題，為信道空閑時間段，為反向散射時間段，為標(biāo)簽的反向散射系數(shù)集合，為標(biāo)簽的主動通信發(fā)射功率集合， n為指定標(biāo)簽， s為若干個所述未授權(quán)頻譜資源的標(biāo)簽的集合，為第 n個標(biāo)簽的吞吐量，為標(biāo)簽的數(shù)量，為第 n個標(biāo)簽的反向散射通信時間，為第 n個標(biāo)簽的反向散射系數(shù)，為基站的發(fā)送功率，為基站-第 n個標(biāo)簽的信道增益，為第 n個標(biāo)簽-終端設(shè)備的信道增益，為基站-移動終端的信道增益，σ2為噪聲功率，為移動終端的qos約束，為能量轉(zhuǎn)化效率，為能量收集時間段， i為某一個指定標(biāo)簽，為某一個指定標(biāo)簽的反向散射通信時間，為能量采集的比重，為頻譜感知時間段，為標(biāo)簽在整個預(yù)設(shè)時間塊內(nèi)采集到的非射頻能量的均值，為第 n個標(biāo)簽的主動通信發(fā)射功率，為標(biāo)簽主動通信時電路消耗的功率，為第 n個標(biāo)簽的主動通信時間，為標(biāo)簽反向散射通信時電路消耗的功率，為標(biāo)簽進行頻譜感知耗費能量，為信道空閑時間的占比系數(shù)，為所述預(yù)設(shè)時間塊，為第n個標(biāo)簽-閱讀器的信道增益。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法，所述將所述公平接入問題轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題，并利用凸優(yōu)化求解器求解所述凸優(yōu)化問題，得到物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入?yún)?shù)，包括：將所述公平接入問題分解為兩個子問題：第一子問題：最大化若干個標(biāo)簽中最差鏈路的吞吐量；第二子問題：最大化系統(tǒng)的總體吞吐量；

16、基于所述目標(biāo)函數(shù)獲得所述第一子問題：

17、

18、引入約束條件；

19、基于所述目標(biāo)函數(shù)獲得所述第二子問題：

20、

21、引入約束條件；

22、引入松弛變量；引入輔助變量替換耦合變量；所述耦合變量為、和；

23、使用凸差算法和拉格朗日對偶分解理論將所述第一子問題和所述第二子問題都轉(zhuǎn)換為凸問題；采用凸優(yōu)化求解器求解第一子問題，得到優(yōu)化結(jié)果；將優(yōu)化結(jié)果作為第二子問題的輸入條件，采用凸優(yōu)化求解器求解第二子問題，得到所有標(biāo)簽的反向散射系數(shù)、主動發(fā)射功率、反向散射通信時間和主動通信時間；

24、其中，為第 n個標(biāo)簽的吞吐量配置系數(shù)，為所述優(yōu)化結(jié)果。

25、根據(jù)本發(fā)明提供的一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法，所述凸優(yōu)化求解器具體用于循環(huán)迭代求解優(yōu)化變量的值，并使用次梯度法更新每次迭代中拉格朗日乘子的值，循環(huán)迭代更新吞吐量，直至吞吐量滿足收斂條件；所述優(yōu)化變量為、、和。

26、本發(fā)明還提供一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入系統(tǒng)，包括：模型建立模塊，用于建立頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型；問題構(gòu)建模塊，用于基于所述頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型，考慮能量約束、時間資源約束和主通信鏈路的qos約束，構(gòu)建頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的吞吐量最大化的公平接入問題；求解模塊，用于將所述公平接入問題轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題，并利用凸優(yōu)化求解器求解所述凸優(yōu)化問題，得到物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入?yún)?shù)。

27、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如上述任一種所述頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法。

28、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一種所述頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法。

29、本發(fā)明還提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上述任一種所述頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法。

30、本發(fā)明提供的一種頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入方法及系統(tǒng)，該方法包括：建立頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型，頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型為集成認知無線電、能量采集和環(huán)境反向散射通信的模型；基于頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型，考慮能量約束、時間資源約束和主通信鏈路的qos約束，構(gòu)建頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的吞吐量最大化的公平接入問題；將公平接入問題轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題，并利用凸優(yōu)化求解器求解凸優(yōu)化問題，得到物聯(lián)網(wǎng)通信公平接入?yún)?shù)。本發(fā)明基于頻譜感知的物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)模型能夠提高頻譜資源的利用率，在綜合考慮多種約束下，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信的公平接入。