認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中采用頻譜分配的擁塞控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，更具體的設(shè)及一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)無(wú)線頻譜資源的需求不斷增加，使得無(wú)線頻譜 資源變得十分稀缺。在現(xiàn)行的靜態(tài)頻譜分配政策下，某些特定頻段已經(jīng)非常擁擠，幾乎很難 再提供新的頻譜資源。與此同時(shí)，很多已授權(quán)的頻譜使用效率低，大部分頻譜的利用率不足 5%，存在著大量頻譜空洞。因此，提高授權(quán)頻譜的利用效率是當(dāng)前無(wú)線通信領(lǐng)域亟需解決的 問(wèn)題。無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，有效的解決了上述問(wèn)題。無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知用戶通過(guò)實(shí) 時(shí)感知外部頻譜的使用情況，發(fā)現(xiàn)并利用空閑的授權(quán)頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的 動(dòng)態(tài)共享。
[0003] 在認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中存在兩類用戶；主用戶（PU，primaryuser)和認(rèn)知用戶（CU， cognitiveuser)。主用戶是在指定頻譜上的授權(quán)用戶；認(rèn)知用戶沒(méi)有任何頻譜使用授權(quán)， 只有當(dāng)主用戶的頻譜出現(xiàn)空閑情況下，才能占用其頻譜通信。然而，在認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 中，由于不同認(rèn)知用戶的接入方式或發(fā)射功率不一定相同，處于同一授權(quán)頻譜覆蓋范圍內(nèi) 的多個(gè)認(rèn)知用戶在接入和使用頻譜的過(guò)程中可能出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。同時(shí)，授權(quán)頻譜分配的先 后次序也將影響頻譜分配的最終結(jié)果。目前，已有部分研究針對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的頻譜分配過(guò) 程展開了討論，通過(guò)分析多個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的認(rèn)知用戶之間的關(guān)系，將授權(quán)頻譜分配給滿足一 定條件的認(rèn)知用戶使用?？蒞發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的頻譜分配算法在分配過(guò)程中主要W特定的目標(biāo) 函數(shù)為指導(dǎo)，并未考慮認(rèn)知用戶的擁塞狀況和頻譜分配過(guò)程的公平性。此類算法在分配過(guò) 程中W最大化目標(biāo)性能為主導(dǎo)，可能將頻譜資源優(yōu)先分配給部分競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)的認(rèn)知用戶， 導(dǎo)致其他競(jìng)爭(zhēng)力較弱的認(rèn)知用戶由于可用頻譜被占用而出現(xiàn)擁塞；另外一些授權(quán)頻譜資源 由于沒(méi)有認(rèn)知用戶接入而繼續(xù)空置，產(chǎn)生"餓死"現(xiàn)象。
[0004] 綜上可知，現(xiàn)有在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中解決擁塞的方法主要是基于頻譜分配來(lái)實(shí)現(xiàn)的，認(rèn) 知用戶在接入授權(quán)頻譜的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中可能出現(xiàn)干擾，一些認(rèn)知用戶由于長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)不到頻譜 可能出現(xiàn)擁塞，而現(xiàn)有的頻譜分配算法在頻譜分配的過(guò)程中并沒(méi)有考慮認(rèn)知用戶自身的擁 塞狀況。如何準(zhǔn)確的檢測(cè)認(rèn)知用戶本身的擁塞狀況和公平的分配頻譜是擁塞控制亟需解決 的關(guān)鍵技術(shù)難題，也是目前所研究的熱口課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述認(rèn)知用戶在接入授權(quán)頻譜的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中所產(chǎn)生的擁塞問(wèn)題，本發(fā)明提出 了一種在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中采用頻譜分配的擁塞控制方法。認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通過(guò)監(jiān)測(cè)一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù) 傳輸率來(lái)檢測(cè)擁塞，若發(fā)生擁塞，則發(fā)送擁塞通告信息給管理節(jié)點(diǎn)，管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)申請(qǐng)頻譜 的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的擁塞度進(jìn)行頻譜分配；擁塞節(jié)點(diǎn)獲得頻譜分配后，根據(jù)當(dāng)前緩存長(zhǎng)度來(lái)分配 擁塞解除周期，從而緩解擁塞。本發(fā)明提高了認(rèn)知節(jié)點(diǎn)使用頻譜的公平性，并能有效減少碰 撞、降低丟包率和增加吞吐量。
[0006] 本發(fā)明提出一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中采用頻譜分配的擁塞控制方法，在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知 用戶通過(guò)占用授權(quán)用戶的空閑頻譜進(jìn)行通信；在認(rèn)知用戶中有一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)，用來(lái)感知、分 配和管理頻譜；首先，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)依當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸率判定擁塞度，并向管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送攜帶擁 塞度的擁塞通告消息；然后，管理節(jié)點(diǎn)根據(jù)申請(qǐng)頻譜的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的擁塞度來(lái)進(jìn)行頻譜分配； 最后，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)獲得頻譜分配后，根據(jù)當(dāng)前緩存長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定擁塞解除周期，并進(jìn)入擁塞解除 過(guò)程，包括W下步驟： 步驟一、管理節(jié)點(diǎn)循環(huán)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中全部授權(quán)用戶的工作頻譜，判斷授權(quán)用戶的工作頻 譜是否空閑，若授權(quán)用戶的頻譜空閑，則將此頻譜添加到可用頻譜表中； 步驟二、管理節(jié)點(diǎn)收到認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的通信請(qǐng)求后，若可用頻譜表不為空，則從表中分配頻 譜給認(rèn)知節(jié)點(diǎn)，并將此頻譜添加到已用頻譜表中；否則，向認(rèn)知節(jié)點(diǎn)發(fā)出拒絕響應(yīng)信息； 步驟=、若認(rèn)知節(jié)點(diǎn)需要通信，則向管理節(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求，當(dāng)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)獲得管理節(jié)點(diǎn)的頻 譜分配后，使用從管理節(jié)點(diǎn)處獲得的頻譜與其它認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通信；若該頻譜的授權(quán)用戶需要 使用當(dāng)前頻譜，則認(rèn)知用戶退出該頻譜；否則，通信結(jié)束后退出該頻譜； 步驟四、認(rèn)知節(jié)點(diǎn)周期性的計(jì)算平均數(shù)據(jù)傳輸率馬并根據(jù)當(dāng)前平均數(shù)據(jù)傳輸率檢 測(cè)自身的擁塞狀況；若出現(xiàn)擁塞，則將擁塞分級(jí)生成節(jié)點(diǎn)自身的擁塞度，并將擁塞度嵌入到 擁塞通告信息包中，發(fā)送給管理節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟五；否則，執(zhí)行步驟八； 步驟五、管理節(jié)點(diǎn)收到擁塞通告信息包之后，根據(jù)可用頻譜表和已用頻譜表中的信息， 并根據(jù)申請(qǐng)頻譜的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的擁塞度進(jìn)行頻譜分配； 步驟六、擁塞節(jié)點(diǎn)獲得管理節(jié)點(diǎn)的頻譜分配，根據(jù)緩存長(zhǎng)度設(shè)定擁塞解除周期，并進(jìn)入 擁塞解除過(guò)程；否則，等待頻譜分配； 步驟走、擁塞解除周期結(jié)束之后，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)判斷擁塞是否解除，若節(jié)點(diǎn)的平均傳輸率 巧^大于擁塞闊值見tx，則執(zhí)行步驟八；否則，執(zhí)行步驟四； 步驟八、結(jié)束。
[0007] 與現(xiàn)有擁塞控制方法相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于： 1、本發(fā)明提出的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通過(guò)平均數(shù)據(jù)傳輸率來(lái)檢測(cè)自身的擁塞狀況，不僅能夠?qū)崟r(shí) 并準(zhǔn)確的檢測(cè)本身的擁塞狀況，也不需要額外的通信開銷，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單。在擁塞解除過(guò)程 中認(rèn)知節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前緩存長(zhǎng)度設(shè)定擁塞解除周期，可W避免擁塞節(jié)點(diǎn)在擁塞解除過(guò)程中長(zhǎng) 期占用頻譜，而導(dǎo)致其它認(rèn)知節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生擁塞。在執(zhí)行完擁塞解除算法之后，再次進(jìn)行擁塞判 定，能夠確保擁塞的徹底解除。
[0008] 2、本發(fā)明根據(jù)擁塞度來(lái)執(zhí)行頻譜分配算法，擁塞節(jié)點(diǎn)不僅可W占用空閑頻譜，還 可W占用其它低擁塞度節(jié)點(diǎn)的頻譜，減少了擁塞節(jié)點(diǎn)接入頻譜的時(shí)間；提高了頻譜使用的 公平性和效率，有效減少了碰撞和丟包，并提高了吞吐量。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的擁塞控制流程圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中管理節(jié)點(diǎn)頻譜分配過(guò)程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明提出了一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中采用頻譜分配的擁塞控制方法。下面結(jié)合附圖對(duì)本 發(fā)明的實(shí)施方案作進(jìn)一步的具體闡述。
[0011] 1.參見附圖1，它是本發(fā)明的擁塞控制流程圖；在本發(fā)明中，首先，認(rèn)知節(jié)點(diǎn)通過(guò) 監(jiān)測(cè)本身的數(shù)據(jù)傳輸率檢測(cè)擁塞，并劃分擁塞度；然后，檢測(cè)到擁塞的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)向管理節(jié)點(diǎn) 發(fā)送擁塞通告信息，管理節(jié)點(diǎn)收到擁塞通告消息后，根據(jù)可用頻譜表和已用頻譜表中的信 息，并結(jié)合擁塞度分配頻譜給擁塞節(jié)點(diǎn)；最后，擁塞節(jié)點(diǎn)獲得頻譜分配后，根據(jù)當(dāng)前緩存長(zhǎng) 度設(shè)定擁塞解除周期并接入頻譜進(jìn)行擁塞解除；擁塞節(jié)點(diǎn)執(zhí)行擁塞解除算法后，再進(jìn)行擁 塞檢測(cè)，從而能夠徹底解除擁塞；如果沒(méi)有發(fā)生擁塞，則不做處理。
[0012] 2.參見附圖2,它是本實(shí)施例提供的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；在本實(shí)施 例中，假設(shè)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中有W+ 1個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)為管理節(jié)點(diǎn)。在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍 內(nèi)，有一個(gè)授權(quán)網(wǎng)絡(luò)，共有M個(gè)工作頻譜，記為//;真.....最大授權(quán)用戶為M個(gè)，對(duì) 應(yīng)分配相應(yīng)的工作頻譜。認(rèn)