基于無線電環(huán)境地圖和用戶分級的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線電環(huán)境地圖和用戶分級的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可用于頻譜共享的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中。
【背景技術(shù)】
[0002]長期以來，世界各國主要采取行政審批的方式對無線電頻譜資源進(jìn)行分配和指配，即為每個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)固定分配頻段，并對該頻段具有長期的絕對排他使用權(quán)。這種頻譜資源分配模式便于操作，易于管理，能有效解決用戶間的電磁干擾，充分保護(hù)合法頻率用戶的權(quán)益。
[0003]美國聯(lián)邦通訊委員會的權(quán)威監(jiān)測報(bào)告表明，在已授權(quán)的頻段內(nèi)存在大量的“白色空間”(White Space)，在給定的地理區(qū)域，低于3GHz的頻段內(nèi)頻譜占用率還不足35%。我國無線電管理部門發(fā)現(xiàn)調(diào)頻廣播全國平均頻段統(tǒng)計(jì)占用度為32.9%，平均頻段統(tǒng)計(jì)占用度最低的省份僅為14.02%。對講通信全國平均頻段統(tǒng)計(jì)占用度為8.19%，平均頻段統(tǒng)計(jì)占用度最低的省份僅為0.82%。綜合來看，這些頻段的整體利用率都非常低。然而，在行政審批分配的方式下，不論無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量大小，都只能使用自己的頻段，其它任何網(wǎng)絡(luò)不允許使用。因此，這種靜態(tài)、固定、單一的頻譜資源分配模式不可避免地造成頻譜資源的大量浪費(fèi)。
[0004]與此同時(shí)，國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)、各領(lǐng)域?qū)︻l譜資源的需求不斷增長。一方面，廣電、民航、交通、鐵路、氣象、電力、電信等部門和行業(yè)在促進(jìn)自身行業(yè)信息化、自動(dòng)化、智能化建設(shè)和發(fā)展的過程中，越來越多地依賴無線電技術(shù)進(jìn)行改造升級、提高生產(chǎn)效率和保障生產(chǎn)安全。尤其是電信行業(yè)表現(xiàn)尤為突出，預(yù)測表明到2020年我國公眾移動(dòng)通信頻譜需求為1350-1810MHZ，但是我國目前為公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)只規(guī)劃了 687MHz，這意味著第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G)的頻譜缺口將十分巨大。
[0005]另一方面，新興行業(yè)用頻快速擴(kuò)張?！案兄袊薄⒅腔鄢鞘械葢?zhàn)略的推進(jìn)，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的集成應(yīng)用，帶動(dòng)了我國電子商務(wù)、智能交通等一大批新興行業(yè)的迅猛發(fā)展，頻譜需求總量將增加數(shù)倍。據(jù)美國研究機(jī)構(gòu)Forrester預(yù)測，到2020年物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)與現(xiàn)有人與人的通信互聯(lián)比例將達(dá)到30:1，即可能從60億人口擴(kuò)展到500億乃至更多的機(jī)器和物體。在可用的、好用的頻譜資源幾乎分配殆盡的情形下，物聯(lián)網(wǎng)頻譜需求的解決難度甚至遠(yuǎn)大于5G。
[0006]綜上可知，提高頻譜使用效率、緩解用頻矛盾已經(jīng)迫在眉睫，是當(dāng)前業(yè)界重點(diǎn)攻關(guān)的目標(biāo)之一。針對頻譜使用浪費(fèi)和用頻矛盾突出的問題，業(yè)界的研究主要集中在兩個(gè)方向上。一是集中式的動(dòng)態(tài)頻譜共享方法，核心在于利用不同無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量在相同時(shí)間或地理區(qū)域的負(fù)相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜共享。這種方法的缺陷主要在于，對共享的無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)流量的相關(guān)性要求較高，同時(shí)，當(dāng)共享的多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量較低時(shí)，頻譜利用率仍然將會不高。二是分布式的動(dòng)態(tài)頻譜共享方案，核心在于能準(zhǔn)確而快速地探測到可用的頻譜資源，比如白頻譜。用于協(xié)調(diào)頻譜資源使用的信令信道的獲取以及可靠傳輸機(jī)會的識別是該方法成敗的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于無線電環(huán)境地圖和用戶分級的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)不同業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)有序地共享頻譜資源，從而有效地提高頻譜使用效率，極大地緩解用頻矛盾，充分體現(xiàn)頻譜資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0008]本發(fā)明的一種基于無線電環(huán)境地圖和用戶分級的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括:
[0009]中心數(shù)據(jù)庫(⑶B，Central Database)、無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)采集和處理單元(REMCP,Rad1 Environment Map data Collect1n and Processing unit)、步頁譜接入管理單元(SAM，Spectrum Access Management unit)、探測器網(wǎng)絡(luò)單元(SN，Sensors Network unit)和分級用戶網(wǎng)絡(luò)單元(CUN, Classified Users Network unit) 0
[0010]中心數(shù)據(jù)庫與無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)采集和處理單元連接，無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)采集和處理單元與探測器網(wǎng)絡(luò)單元連接，中心數(shù)據(jù)庫與頻譜接入管理單元連接，頻譜接入管理單元與分級用戶網(wǎng)絡(luò)單元連接，中心數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如無線電管理信息網(wǎng)、無線電監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)、國家相關(guān)政策信息網(wǎng)連接。
[0011]所述的中心數(shù)據(jù)庫主要包含無線電管理數(shù)據(jù)庫和運(yùn)用支撐平臺數(shù)據(jù)庫。無線電管理數(shù)據(jù)庫指頻譜數(shù)據(jù)庫、臺站數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫。運(yùn)用支撐平臺數(shù)據(jù)庫指無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)庫、無線傳播模型數(shù)據(jù)庫以及地理位置信息數(shù)據(jù)庫。中心數(shù)據(jù)庫建有與外部現(xiàn)有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的接口，用于從外部網(wǎng)絡(luò)中獲取無線電頻譜使用和無線電政策相關(guān)的數(shù)據(jù)，以更新無線電管理的四個(gè)數(shù)據(jù)庫。
[0012]所述的無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)采集和處理單元用于與探測器網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和信令交互，負(fù)責(zé)收集與處理探測器網(wǎng)絡(luò)單元傳來的數(shù)據(jù)，形成準(zhǔn)確可靠的實(shí)時(shí)無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)，并及時(shí)上傳到中心數(shù)據(jù)庫，用于無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)庫的更新。同時(shí)，無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)采集和處理單元還負(fù)責(zé)管理探測器網(wǎng)絡(luò)單元中的探測器。
[0013]所述的探測器網(wǎng)絡(luò)單元包括不同性能的探測器，是智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心組成部分。它負(fù)責(zé)無線電環(huán)境參數(shù)的獲取和無線發(fā)射/接收機(jī)的定位。探測器獲取的數(shù)據(jù)主要有:發(fā)射/接收機(jī)的特性參數(shù)、位置信息和活動(dòng)情況，無線干擾情況，信號覆蓋范圍等。
[0014]所述的頻譜接入管理單元接收分級用戶的接入請求和頻譜需求，向中心數(shù)據(jù)庫發(fā)送分級用戶信息，從中心數(shù)據(jù)庫獲取分級用戶所處地理位置的無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)、無線電臺站以及頻譜實(shí)時(shí)使用信息，控制分級用戶接入以及對分級用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜分配，在保證高等級用戶正常用頻的同時(shí)，接受其它授權(quán)用戶的接入和用頻。
[0015]所述的分級用戶網(wǎng)絡(luò)單元由分級用戶構(gòu)成，不同級別用戶擁有不同權(quán)限和性能參數(shù)。保證用戶間互不干擾，高級別用戶享有優(yōu)先接入和隨時(shí)用頻的權(quán)利。分級用戶發(fā)送接入請求和頻譜需求給頻譜接入管理單元。
[0016]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0017]通過探測器網(wǎng)絡(luò)單元測量獲取的實(shí)時(shí)無線環(huán)境參數(shù)，經(jīng)無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)采集和處理單元處理獲得的無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)，結(jié)合無線電管理數(shù)據(jù)庫存儲的授權(quán)用戶信息，構(gòu)建的中心數(shù)據(jù)庫就能為頻譜接入管理單元提供全面、準(zhǔn)確、可靠的實(shí)時(shí)信息。頻譜接入管理單元利用這些信息可以全面掌握各授權(quán)用戶頻譜的實(shí)時(shí)使用情況(如時(shí)間占用、空間占用等)，從而為存在頻譜缺口的用戶做出最佳頻譜分配。此外，接入智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)的用戶實(shí)行分級接入，通過分級用戶網(wǎng)絡(luò)單元加以控制決策，高優(yōu)先級用戶優(yōu)先接入空閑頻譜資源；當(dāng)高優(yōu)先級用戶要使用被占頻段時(shí)，獲得共享授權(quán)的低優(yōu)先級用戶必須立刻讓出頻段的使用權(quán)。最終，本發(fā)明的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同用戶動(dòng)態(tài)高效有序地共享頻譜資源。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一種實(shí)施例示意圖；
[0019]圖2是中心數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是無線電環(huán)境地圖信息數(shù)據(jù)獲取過程示意圖；
[0021]圖4是分級用戶接入過程示意圖；
[0022]圖5是頻譜切換的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0024]本發(fā)明提供了一種基于無線電環(huán)境地圖和用戶分級接入的智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的核心為:在智能頻譜管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中配置了無線電管理的四大數(shù)據(jù)庫、政策信息數(shù)據(jù)庫，以及實(shí)時(shí)的無線電環(huán)境地圖數(shù)據(jù)庫，并融合了用戶分級的思想，頻譜接入管理單元利用這些數(shù)據(jù)庫信息控制不同等級的用戶科學(xué)合理、動(dòng)態(tài)高效地共享頻譜資源。這些網(wǎng)絡(luò)單元之間都存在接口。
[0025]本發(fā)明所述的基于無線