專利名稱：一種基于割邊的認知無線電分集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于割邊的認知無線電分集方法，屬于分集技術(shù)和認知無線電頻譜分配技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會通信需求的增長，頻譜資源成為了一種越來越緊缺的資源。頻譜資源存在的問題是使用率的匱乏，為了提高無線通信中頻譜的使用率，一種以感知環(huán)境為目的的認知無線電被提出。頻譜分配是認知無線電的一項關(guān)鍵技術(shù)，其目的是尋找到高效率的頻譜管理方式。在以往的研究中，頻譜分配可以分為集中式和分布式兩大類。
集中式的頻譜分配方案中，在需要作出一次決策的時候，仍然有一個節(jié)點需要全局的信息，根據(jù)全局情況，選擇唯一的選項。這樣的決策方式，在通信網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境的認知結(jié)構(gòu)上，與以往基站結(jié)構(gòu)并無兩樣。與集中式頻譜分配方式相對應(yīng)，也有一些分布式的環(huán)境認知方法，比如基于圖染色的頻譜分配方式，基于博弈的方式等。但是這些又顯得范圍太小， 往往只是數(shù)個節(jié)點之間的權(quán)衡，至于這些節(jié)點如何了解全局的信息沒有具體的方案。所以這些方案在節(jié)點數(shù)目增大的情況下，難以保持良好的效率。發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的是要克服傳統(tǒng)算法都沒有適當考慮節(jié)點的感知能力，運算量將隨著用戶數(shù)的增加以非線性方式增加，造成頻譜分配過程中通信量過大的問題。
( 二)解決問題的技術(shù)方案
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種基于割邊的認知無線電分集方法，它按實現(xiàn)過程分為自組網(wǎng)和尋找割邊分集兩步
1、認知無線電的環(huán)境認知和自組網(wǎng)過程
認知無線電以節(jié)點間的干擾為邊形成一個圖，每一個連通圖形成一個小區(qū)。小區(qū)內(nèi)存在一個群首，進行信息存儲，環(huán)境計算及節(jié)點調(diào)配等功能。在節(jié)點形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不斷變化的過程中，群首應(yīng)該能夠根據(jù)對環(huán)境的認知，自動增加或者減少網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，形成自組網(wǎng)。
2、基于割邊的分集策略
這一步是控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，減少通信量的主要步驟。割邊是指在一個連通圖中這樣的邊當去掉這條邊后，原圖將不再成為一個連通圖。在第2步自組網(wǎng)之后，群首將尋找圖中滿足一定條件的割邊，并以此分割新的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置合適的網(wǎng)關(guān)，以滿足不同分集間的通
綜上所述，本發(fā)明一種基于割邊的認知無線電分集方法，該方法具體步驟如下
步驟一節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)，了解周圍已經(jīng)存在的、可能對其形成干擾的節(jié)點。如果沒有會產(chǎn)生干擾的節(jié)點，則說明它可以自由使用頻帶，跳過下列步驟。
步驟二 節(jié)點和與其形成干擾的節(jié)點進行交互，了解這些節(jié)點各自屬于網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點地址。
步驟三節(jié)點與第二步得到的主節(jié)點進行通信，由此得到網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。
步驟四在得知拓撲結(jié)構(gòu)后，節(jié)點判斷是否有更改主節(jié)點的必要(包括有可能產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)融合)，并以此選出主節(jié)點。不管有無必要，都在新的主節(jié)點處更新網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)。
步驟五主節(jié)點在更新網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)之后，判斷是否有分集的必要，若有的話，則進行分集行為。
步驟六在新形成的各個網(wǎng)絡(luò)中，主節(jié)點實施頻譜分配。
其中，步驟五中所說的判斷和分集方式，其具體內(nèi)容及過程如下
在進行前四步之后，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)選出了暫時的主節(jié)點，現(xiàn)在即由該節(jié)點進行判斷過程，主節(jié)點利用TFCE算法得到拓撲中是否有滿足條件的割邊，若有則進行下一步分集行為，若沒有則說明沒有分集的必要。TFCE算法，改自連通圖中求最大連通分量tarjan算法，具體實現(xiàn)如下
權(quán)利要求
1.一種基于割邊的認知無線電分集方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟一節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)，了解周圍已經(jīng)存在的、可能對其形成干擾的節(jié)點；如果沒有會產(chǎn)生干擾的節(jié)點，則說明它可以自由使用頻帶，跳過下列步驟；步驟二 節(jié)點和與其形成干擾的節(jié)點進行交互，了解這些節(jié)點各自屬于網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點地址；步驟三節(jié)點與第二步得到的主節(jié)點進行通信，由此得到網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)； 步驟四在得知拓撲結(jié)構(gòu)后，節(jié)點判斷是否有更改主節(jié)點的必要，包括有可能產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)融合，并以此選出主節(jié)點；不管有無必要，都在新的主節(jié)點處更新網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)；步驟五主節(jié)點在更新網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)之后，判斷是否有分集的必要，若有的話，則進行分集行為；步驟六在新形成的各個網(wǎng)絡(luò)中，主節(jié)點實施頻譜分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于割邊的認知無線電分集方法，其特征在于步驟五中所說的判斷和分集方式，其具體內(nèi)容及過程如下在進行前四步之后，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)選出了暫時的主節(jié)點，現(xiàn)在即由該節(jié)點進行判斷過程，主節(jié)點利用TFCE算法得到拓撲中是否有滿足條件的割邊，若有則進行下一步分集行為，若沒有則說明沒有分集的必要；TFCE算法，改自連通圖中求最大連通分量tarjan算法，具體實現(xiàn)如下T arjan-find-cutting-edge(u,parent) dfn[u] = low[u] = ++index stack.push(u) for each edge(u,v)if (v is not visited and parent != v)tarjan(v,u),low[u] = min(low [u], Io w [v]) else if (v in stack and parent != v) low[u] = min( Io w [u], dfn[v])end forif(dfn[u] == low[u]) sub_net.clear() while(sub_net.top!=u)subnet, pus h( stack. pop())end ifedge degree = min(sub_net.size()+l,dfs_size - sub_net.size() - 1) if (low[u] > dfn[parent] and parent != O and edge degree > max degree) maxdegree = edgedegree edge = (parent,u) end ifend Tarj an-find-cutting-edgeTarjan算法是基于對圖深度優(yōu)先搜索的算法，每個強連通分量為搜索樹中的一棵子樹，搜索時，把當前搜索樹中未處理的節(jié)點加入一個堆棧，回溯時可以判斷棧頂?shù)綏Ｖ械墓?jié)點是否為一個強連通分量；定義DFN(U)為節(jié)點u搜索的次序編號即時間戳，Low(U)為u或1!的子樹能夠追溯到的最早的棧中節(jié)點的次序號，由定義得出，Low(U)為以下三者中的最小者、1.DFN(u)；、2.Low (ν)，(u，ν)為樹枝邊，u為ν的父節(jié)點； 、3.DFN(V)，(u, ν)為指向棧中節(jié)點的后向邊(非橫叉邊)；當DFN(U) = Low(u)時，以u為根的搜索子樹上所有節(jié)點是一個強連通分量；該算法使用了兩個棧和兩個數(shù)組作為輔助來尋找割邊，算法復(fù)雜度等同于一次深度搜索，只要調(diào)用TFCE (node，NULL)，則node所在網(wǎng)絡(luò)中的割邊即被找到；在分集步驟中，網(wǎng)絡(luò)將以割邊為界限分為兩個次級網(wǎng)絡(luò)，此時主節(jié)點再選出另一個主節(jié)點，并將需要分離出去的節(jié)點信息在第二個主節(jié)點進行注冊，同時在本地刪去這些節(jié)點 fn息；在判斷和分集過程中，選出新節(jié)點的原則是在連接邊最多的節(jié)點中隨機選取，由于主節(jié)點具有整個網(wǎng)絡(luò)的信息，所以判斷過程不需要再在節(jié)點間進行通信。
全文摘要
一種基于割邊的認知無線電分集方法，它有六大步驟一、節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)，了解周圍已經(jīng)存在能對其形成干擾的節(jié)點；若沒有產(chǎn)生干擾的節(jié)點，則說明它能自由使用頻帶，跳過下列步驟；二、節(jié)點和與其形成干擾的節(jié)點進行交互，了解這些節(jié)點各自屬于網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點地址；三、節(jié)點與第二步得到的主節(jié)點進行通信，由此得到網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；四、在得知拓撲結(jié)構(gòu)后，節(jié)點判斷是否有更改主節(jié)點的必要，并以此選出主節(jié)點；不管有無必要，都在新的主節(jié)點處更新網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)；五、主節(jié)點在更新網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)后，判斷是否有分集的必要，若有的話，則進行分集行為；六、在新形成的各個網(wǎng)絡(luò)中，主節(jié)點實施頻譜分配。本發(fā)明在認知無線電頻譜分配技術(shù)領(lǐng)域里有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號H04B7/02GK102547746SQ20121002702
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者馮文全, 吳智杰, 覃湜, 趙琦 申請人:北京航空航天大學(xué)