认知异构无线网络中频谱切换建模与分析
发布时间：2021-10-04 21:54
在具有频谱认知功能的异构无线网络中,针对传统频谱切换算法未考虑次用户业务的多样性,且空闲信道不足造成次用户服务时延大的问题,提出基于次用户分级的频谱切换策略。与以往单一的认知无线电网络不同,该策略融合利用免授权频谱的开放式无线网络和机会式利用授权频谱的认知无线电网络,提出了认知异构无线网络场景。根据次用户的业务类型对其进行优先级划分,并在此基础上设计数据分割因子优化策略。进一步采用混合式抢占优先权（preemptive resume priority/non-preemptive resume priority,PRP/NPRP） M/G/1排队模型,分别对主用户网络和开放式无线网络中的频谱切换过程进行建模,提出一个最小化时延的动态自适应频谱切换策略。实验仿真了不同参数对次用户时延的影响,结果表明,该策略较传统的频谱切换策略明显提升了次用户的时延性能。
【文章来源】：重庆邮电大学学报(自然科学版). 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
认知异构网络下频谱管理机制
本文采用PRP M/G/1排队模型对主用户网络中的频谱切换行为进行建模,如图2。图2中,主用户网络中存在3个信道,每个信道都有一个PU队列Q p (η) ,SU1队列Q 1 (η) 和SU2队列Q 2 (η) ,且各个信道之间的队列是相互独立的。因此,当SU1(或PU,SU2)到达某个信道时,首先进入该信道中的相应SU1(或PU,SU2)队列,并按照先到先服务的规则进行通信。又由于通信用户之间存在优先级(由大到小):PU>SU1>SU2。因此,主用户可以抢占SU1和SU2的信道,而SU1可以抢占SU2的信道。在开放式无线网络(即非授权频谱)中,采用NPRP M/G/1排队模型对频谱接入行为进行建模。图2中,在开放式无线网络中的信道也存在2个用户队列:SU1队列Q 1 (ξ) 和CU队列Q c (ξ) ,两者之间不存在优先级之分,服从先到先服务策略。
图3a为PU信道占用率对不同优先级次用户扩展数据传输时延的影响,从图3a中可以看出,随着主用户信道占用率的增加,扩展数据传输时延也在增加,且在本文模型中,次用户的时延性能明显优于其他模型。由于SU1把部分数据在OWN传输增加SU1的带宽,同时减少了主用户网络中的业务量,给SU2更多机会接入空闲信道。此外,在主用户网络中,SU1可以中断SU2的传输,因此,当SU1把部分数据放在OWN传输时可以减少次用户的中断次数,从而减少次用户的传输时延。图3b为固有用户到达率以及主用户信道占用率对次用户平均扩展数据时延(E[T1]+E[T2])/2的影响。主用户到达率对时延的影响与图3a相同,在此不做赘述。从图3b可以看出,本文模型中次用户的平均扩展数据传输时延随着固有用户服务强度的增加而增加。当CU到达率增加时,信道业务量也会增加,从而降低OWN中空闲信道的数量,导致SU1的时延性能下降。此外,当ζp<0.4时,adapt-model中的时延性能与always-changing模型的时延重合;当ζp>0.4时,adapt-model中的时延性能与always-staying模型的时延重合。这与次用户的频谱切换策略选择有关。当ζp<0.4时,SU选择always-changing模型的时延性能更优;当ζp>0.4时,SU选择always-staying模型的时延性能更优。
【参考文献】：
期刊论文
[1]异构无线网络资源分配算法研究综述[J]. 徐勇军,李国权,徐鹏,陈前斌. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]Optimal Power Allocation for Multiuser OFDM-Based Cognitive Heterogeneous Networks[J]. Yongjun Xu,Yuan Hu,Qianbin Chen,Shun Zhang. 中国通信. 2017(09)
[3]认知无线网络中频谱切换算法研究综述[J]. 马彬,包小敏,谢显中. 电子学报. 2016(06)
本文编号：3418402
【文章来源】：重庆邮电大学学报(自然科学版). 2020,32(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
认知异构网络下频谱管理机制
本文采用PRP M/G/1排队模型对主用户网络中的频谱切换行为进行建模,如图2。图2中,主用户网络中存在3个信道,每个信道都有一个PU队列Q p (η) ,SU1队列Q 1 (η) 和SU2队列Q 2 (η) ,且各个信道之间的队列是相互独立的。因此,当SU1(或PU,SU2)到达某个信道时,首先进入该信道中的相应SU1(或PU,SU2)队列,并按照先到先服务的规则进行通信。又由于通信用户之间存在优先级(由大到小):PU>SU1>SU2。因此,主用户可以抢占SU1和SU2的信道,而SU1可以抢占SU2的信道。在开放式无线网络(即非授权频谱)中,采用NPRP M/G/1排队模型对频谱接入行为进行建模。图2中,在开放式无线网络中的信道也存在2个用户队列:SU1队列Q 1 (ξ) 和CU队列Q c (ξ) ,两者之间不存在优先级之分,服从先到先服务策略。
图3a为PU信道占用率对不同优先级次用户扩展数据传输时延的影响,从图3a中可以看出,随着主用户信道占用率的增加,扩展数据传输时延也在增加,且在本文模型中,次用户的时延性能明显优于其他模型。由于SU1把部分数据在OWN传输增加SU1的带宽,同时减少了主用户网络中的业务量,给SU2更多机会接入空闲信道。此外,在主用户网络中,SU1可以中断SU2的传输,因此,当SU1把部分数据放在OWN传输时可以减少次用户的中断次数,从而减少次用户的传输时延。图3b为固有用户到达率以及主用户信道占用率对次用户平均扩展数据时延(E[T1]+E[T2])/2的影响。主用户到达率对时延的影响与图3a相同,在此不做赘述。从图3b可以看出,本文模型中次用户的平均扩展数据传输时延随着固有用户服务强度的增加而增加。当CU到达率增加时,信道业务量也会增加,从而降低OWN中空闲信道的数量,导致SU1的时延性能下降。此外,当ζp<0.4时,adapt-model中的时延性能与always-changing模型的时延重合;当ζp>0.4时,adapt-model中的时延性能与always-staying模型的时延重合。这与次用户的频谱切换策略选择有关。当ζp<0.4时,SU选择always-changing模型的时延性能更优;当ζp>0.4时,SU选择always-staying模型的时延性能更优。
【参考文献】：
期刊论文
[1]异构无线网络资源分配算法研究综述[J]. 徐勇军,李国权,徐鹏,陈前斌. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]Optimal Power Allocation for Multiuser OFDM-Based Cognitive Heterogeneous Networks[J]. Yongjun Xu,Yuan Hu,Qianbin Chen,Shun Zhang. 中国通信. 2017(09)
[3]认知无线网络中频谱切换算法研究综述[J]. 马彬,包小敏,谢显中. 电子学报. 2016(06)
本文编号：3418402
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