基于pu活動的認知無線電網(wǎng)絡(luò)的廣播方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及認知無線電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PU活動的認知無線電網(wǎng)絡(luò)的廣 播方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 認知無線電（CognitiveRadio,CR)的概念起源于 1999 年JosephMitola博 士的奠基性工作，其核心思想是CR具有學習能力，能與周圍環(huán)境交互信息，以感知和利 用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發(fā)生。認知無線電網(wǎng)絡(luò)（CognitiveRadio Networks,CRNs)是認知無線電技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，是當前無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究熱點。之前對認 知無線電網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在MAC層和路由層上，近幾年來關(guān)于認知無線電網(wǎng)絡(luò)的廣播 問題成為新的研究熱點。
[0003] 當前研究表明，傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中的廣播算法不適合認知無線電網(wǎng)絡(luò)，其原因在于， 在傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)中，可以通過一條公共的信道傳送廣播信息，而在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中缺 乏可用的公共信道。人們嘗試各種廣播算法以解決現(xiàn)有的廣播算法不適用于認知無線電網(wǎng) 絡(luò)的問題。如Kondareddy和Agrawal提出的選擇性廣播算法，該算法主要思想是減少廣 播信息需要發(fā)送的信道集；實驗證明，選擇性廣播算法可以有效減少廣播時延和降低冗余。 Song等人提出的分布式廣播算法，這種算法有很高的廣播成功率并且有較好的延遲。
[0004] 但現(xiàn)有應(yīng)用在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的廣播算法并沒有考慮活動對信道的影響或 者沒有對PU(PrimaryUser，主用戶）活動進行定量分析。由于沒有統(tǒng)一可用的信道和PU 活動對信道的影響，使得認知無線電網(wǎng)絡(luò)存在以下挑戰(zhàn)：
[0005] 其一，對傳統(tǒng)adhoc網(wǎng)絡(luò)來說，由于可用信道的統(tǒng)一性，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點可以在 同一個信道上傳送或接受信息。其中，Adhoc網(wǎng)是一種多跳的、無中心的、自組織無線網(wǎng)絡(luò)， 又稱為多跳網(wǎng)（Multi-hopNetwork)、無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)（InfrastructurelessNetwork)或自 組織網(wǎng)（Self-organizingNetwork)。然而，在CRadhoc網(wǎng)絡(luò)里不存在這樣一條對所有的 節(jié)點都可用的信道。
[0006] 為進一步說明上述問題，我們考慮在傳統(tǒng)adhoc網(wǎng)絡(luò)和CRadhoc網(wǎng)絡(luò)中單跳 廣播的情景。如圖1，其中節(jié)點A是源節(jié)點，B和C是A的鄰居節(jié)點。如圖1(a)，在傳統(tǒng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，有統(tǒng)一的公共信道CH1，因此節(jié)點A只需發(fā)送一次廣播信息，在無差錯的情況下 它的所有鄰居節(jié)點就可以收到該信息。但是在CRadhoc網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點的可用信道是 不同的，如圖1 (b)中，節(jié)點A的可用信道是CH1和CH3,節(jié)點B的可用信道是CH1和CH2,節(jié) 點C的可用信道為CH2和CH3。此時，節(jié)點A需要在多個信道上發(fā)送廣播信息，才能覆蓋它 的鄰居節(jié)點。因此，在認知無線電網(wǎng)絡(luò)的廣播過程中，需考慮每個節(jié)點的可用信道。
[0007] (2)當某個節(jié)點在某條信道上正在傳送廣播信息時，PU突然占用這個信道，從而 打斷該節(jié)點廣播信息的傳送。具體地，在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中，活動對SU有重要影響，PU可 隨時中斷SU對某條信道的使用，此時SU必須無條件讓出該信道，其中，PU(PrimaryUser， 主用戶），SU(SecondaryUser，認知用戶）。因此，在認知無線電網(wǎng)絡(luò)的廣播過程中，需考慮 如何減少或避免HJ中斷造成的損失，從而減少PU對SU的影響。
[0008] 具體地，若能提前預測在下一個時間段內(nèi)，某條信道是否會被使用，這時SU就 會根據(jù)預測的數(shù)據(jù)合理地選擇信道并傳送廣播信息。現(xiàn)有技術(shù)中采用單一的度量方法來衡 量活動，如以某一個假定的值p來衡量PU占用信道概率，以模擬PU對SU的影響，這種 方法與實際的情況有較大出入，不能真正刻畫PU的活動。
[0009] 而且，當前應(yīng)用在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的廣播算法存在以下不足：如在每個節(jié)點的 所有可用信道上發(fā)送廣播信息，會造成較大的信息冗余并增加時延；若在某個節(jié)點使用某 個信道進行廣播信息傳送時，由于沒有考慮PU活動對信道的影響，PU要使用這個信道從而 打斷該節(jié)點的廣播信息傳送時，將影響信息傳播的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有應(yīng)用在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的廣播方法并 沒有考慮PU活動對信道的影響或者沒有對活動進行定量分析而導致的不足，提供一種 基于PU活動的認知無線電網(wǎng)絡(luò)的廣播方法。
[0011] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于活動的認知無線電網(wǎng) 絡(luò)的廣播方法，包括如下步驟：
[0012] S1 :初始化賦值，使i= 1，Ti=0，Ri=0，A1 =S，B1 =S的鄰居節(jié)點中沒有收 到廣播信息的接收節(jié)點集；
[0013] S2 :判斷Ai是否為0;若Ai=0，整個廣播過程結(jié)束，返回i為廣播所需時間；若 則執(zhí)行步驟S3 ;
[0014] S3 :判斷Bi是否為0:若δ?=0,整個廣播過程結(jié)束，返回i為廣播所需時間；若 Bi關(guān)0，則執(zhí)行步驟S4;
[0015] S4 :遍歷Ai中每一發(fā)送節(jié)點的所有信道，判斷能否確定可用信道和廣播節(jié)點；其 中，可用信道是使PU處于idle狀態(tài)的概率最大且期望時間最長的信道；廣播節(jié)點是Ai中 與可用信道相連的發(fā)送節(jié)點；
[0016] S5 :若確定可用信道和廣播節(jié)點，則將廣播節(jié)點添加至Ti中，以發(fā)送廣播信息，并 將與可用信道相應(yīng)的接收節(jié)點添加至Ri中，以接收廣播信息；直至時間段i的廣播過程結(jié) 束，將Ai-Ti更新為Ai，并將Bi-Ri更新為Bi;更新i+Ι為i;執(zhí)行步驟S7 ;
[0017] S6 :若不能確定可用信道和廣播節(jié)點，則時間段i的廣播過程結(jié)束；更新i+Ι為i; 執(zhí)行步驟S7 ;
[0018] S7 :判斷Ai與Ri的并集是否等于Ai;若Ai與Ri的并集等于Ai，則整個廣播過程 結(jié)束，返回i-Ι為整個廣播過程所需的時間；若Ai與Ri的并集不等于Ai，則將Ai與Ri的 并集更新為Ai，執(zhí)行步驟S2;
[0019] 其中，i為正整數(shù)，表示當前時間段;AI=S表示初始廣播節(jié)點集;Ai表示在時間 段i-Ι末尾，已經(jīng)收到廣播信息但沒有發(fā)送廣播信息的發(fā)送節(jié)點集；Bi表示在時間段i-1 的末尾，集合Ai的鄰居節(jié)點中沒有收到廣播信息的接收節(jié)點集；Ti表示在時間段i，發(fā)送廣 播信息的發(fā)送節(jié)點集；Ri表示在時間段i，接收廣播信息的接收節(jié)點集。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟S4包括：
[0021] S401 :根據(jù)式⑴求得PU在任一信道c處于idle狀態(tài)的概率:
[0023] S402 :根據(jù)式⑵求得PU在任一信道c處于idle狀態(tài)的期望時間u:
[0025] S403 :遍歷所有信道，確定使PU處于idle狀態(tài)的概率最大且期望時間最長的信道 為可用信道，與可用信道相連的發(fā)送節(jié)點為廣播節(jié)點；
[0026] 其中，t為時間段，為信道c中PU處于busy狀態(tài)的概率密度函數(shù)的參數(shù)； 為信道c中PU處于idle狀態(tài)的概率密度函數(shù)的參數(shù)。
[0027] 優(yōu)選地，所述步驟S401和S402之前還包括確定^和；的過程，具體包括： 確定信道c中PU處于busy狀態(tài)的時間和處于idle狀態(tài)的時間，若PU在busy狀 態(tài)和idle狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換服從泊松過程，且和7^服從指數(shù)分布，則信道c中PU處于 busy狀態(tài)的概率密度函數(shù)為，信道c中PU處于idle狀態(tài)的概率密
[0028] 優(yōu)選地，所述步驟S4還包括步驟S410 :判斷Ai中確定的廣播節(jié)點與Ti中的發(fā)送 節(jié)點是否存在沖突發(fā)送廣播信息，若存在，則從Ai中確定的廣播節(jié)點中排除沖突發(fā)送的廣 播節(jié)點發(fā)送廣播信息；若不存在，則通過Ai中確定的廣播節(jié)點發(fā)送廣播信息。
[0029] 優(yōu)選地，所述判斷Ai中確定的廣播節(jié)點與Ti中的發(fā)送節(jié)點是否存在沖突發(fā)送廣 播信息包括：判斷Ti中是否存在發(fā)送節(jié)點與廣播節(jié)點在同一時間段i中通過可用信道向同 一接收節(jié)點發(fā)送廣播信息。
[0030] 優(yōu)選地，所述認知無線電網(wǎng)絡(luò)的每一節(jié)點上設(shè)有一個收發(fā)器，在同一時間段只能 接收所述廣播信息或發(fā)送所述廣播信息；所述認知無線電網(wǎng)絡(luò)包括信號控制器，用于確定 所述發(fā)送節(jié)點的可用信道。
[0031] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：實施本發(fā)明，在認知無線電網(wǎng)絡(luò)廣播過程 中，選擇PU處于idle狀態(tài)的概率最大且期望時間最長的信道作為可用信道，將Ai中與可 用信道相連的發(fā)送節(jié)點確定為廣播節(jié)點，通過可用信道發(fā)送廣播信息，可避免信息冗余并 降低時延。并且，該認知無線電網(wǎng)絡(luò)廣播過程中，通過對PU處于idle狀態(tài)的概率和期望時 間的定量分析，以預測在下一信道中信道是否會被PU使用，使得SU可根據(jù)預測結(jié)果選擇可 用信道發(fā)送廣播信息，以減少或避免PU中斷而導致的信息傳輸損失，減少PU對SU的影響。
【附圖說明】
[0032] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0033] 圖1是傳統(tǒng)a