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1、(10)申请公布号 CN 102883458 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 3 4 5 8 A *CN102883458A* (21)申请号 201210377971.9 (22)申请日 2012.09.29 H04W 74/00(2009.01) (71)申请人上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路800号 申请人北京三星通信技术研究有限公司 (72)发明人任长城 刘静 俞晖 陈晨 沈志春 周卫 马志超 韩骏超 申强 (74)专利代理机构上海交达专利事务所 31201 代理人王毓理 (54) 发明名称 无线体域网中单频点信道快速自适应。
2、的接入 方法 (57) 摘要 一种无线通信技术领域的无线体域网中单频 点信道快速自适应的接入方法，通过在经过状态 初始化的指数分布或超指数分布的信道中进行用 户接入判断并每隔一个接入周期根据根据用户接 入信道的总次数进行一次接入时间更新、根据每 10个接入周期内的全局碰撞率进行一次接入周 期更新实现自适应动态接入。本发明在指数分布 或超指数分布的信道中能够快速自适应信道参数 的动态接入方案，该方法专门针对指数分布及超 指数分布进行了优化，无需从用户与主用户的协 调、能够取得十分接近理想方案的碰撞率与信道 空闲时间利用率性能，不必持续的检测信道有利 于降低功耗，并有比一般反馈型自适应方案更快 速。
3、的收敛速度，对于从用户系统利用WLAN业务的 频谱空洞很有意义。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 4 页 1/2页 2 1.一种无线体域网中单频点信道快速自适应的接入方法，其特征在于，通过在经过状 态初始化的指数分布或超指数分布的信道中进行用户接入判断并每隔一个接入周期根据 根据用户接入信道的总次数进行一次接入时间更新、根据每10个接入周期内的全局碰撞 率进行一次接入周期更新实现自适应动态接入； 所述的状态初始化是指：对接入时间、预设碰撞率阈值、碰撞率统计周期、指。
4、数退避时 长期望值、默认更新公式以及发送队列缓存的初始化设置。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的状态初始化包括： 设置初始接入时间为T，T小于信道空闲时间期望； 从主用户或其他监管机构处获得预设碰撞率阈值 0 ； 设置碰撞率统计周期初始值为W 0 40； 设置指数退避时长期望值，该值的大小由能量消耗与空闲时间利用率的权衡，该值大 则检测次数少、能耗低但空闲时间利用率小；反之，则检测次数多、能耗高，信道利用率也 大。一般来说，该值与信道占用时长的期望处于同一量级即可； 设置接入时间T的默认更新公式为其中：T i+1 为接入时间的更新值，T i 为当前的接入时间， i 为当前接入周期。
5、的局部碰撞率； 在从用户中设置用于存储通信数据包的发送队列缓存。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的用户接入判断是指： a)当用户的发送队列不为空时检测信道： a.1)当信道状态为空闲时从用户接入信道，且接入时间为T，记录该次接入的最终状 态并统计从用户接入信道的总次数； a.2)当信道状态为忙时执行指数退避，然后重新进行用户接入判断； b)当用户的发送队列为空时不接入。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的指数退避是指：以指数退避时长期望 值产生一系列符合指数分布的时长，随机选取某个时长，在该时长内从用户退出信道。 5.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的最终状态。
6、包括接入成功和接入失败。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的接入时间更新是指： a)当从用户接入信道的总次数是当前的接入周期的整数倍，则统计一次当前接入周期 的局部碰撞率 i ： a.1)当局部碰撞率 i 为0，则局部碰撞率修正为预设碰撞率阈值 0 的十分之一，并 采用当前接入时间更新公式更新接入时间； a.2)当局部碰撞率 i 为1，则接入时间的更新公式调整为十分之一更新公式，即更新 值T i+1 为T i 为当前的接入时间； a.3)其他情况下，按照默认更新公式更新接入时间，然后统计已经过的接入周期的次 数并进行接入周期更新； b)当从用户接入信道的总次数不是当前的接入周期的整。
7、数倍，则重新进行用户接入判 断。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的当前接入时间更新公式为：默认 权 利 要 求 书CN 102883458 A 2/2页 3 更新公式、十分之一更新公式或碰撞率差值更新公式中的任意一种，即 T i+1 T i (1-( i - 0 )，其中：T i+1 为接入时间的更新值，T i 为当前的接入时间， 0 为预设碰撞率阈值， i 为当前接入周期的局部碰撞率。 8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的接入周期更新是指：每10个接入周 期内统计得到的全局碰撞率并且 a)当全局碰撞率与预设碰撞率阈值 0 满足则接入时间按照碰撞率差值 更新公式进行更新。
8、，即T i+1 T i (1-( i - 0 )，然后重新进行用户接入判断，其中：T i+1 为接 入时间更新值，T i 为当前的接入时间， i 为当前接入周期对应的局部碰撞率； b)当全局碰撞率与预设碰撞率阈值满足则接入时间按照默认更新公式 进行更新，即并接入周期重置为W i+1 W 0 ，然后重新进行用户接入判断； c)其余情况下接入时间按上次更新使用的更新公式进行更新。 9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，当连续两次，即20个周期的全局碰撞率与 预设碰撞率阈值 0 均满足：且满足上式的连续第20个碰撞率统计周期W i 不大 于120，则更新碰撞率统计周期W i+1 W i +W 0 。
9、。 10.根据权利要求8所述的方法，其特征是，当连续五次，即50个周期的全局碰撞率 与预设碰撞率阈值均满足：且满足上式的连续第50个碰撞率统计周期W i 不 小于80，则更新碰撞率统计周期W i+1 W i -W 0 。 权 利 要 求 书CN 102883458 A 1/5页 4 无线体域网中单频点信道快速自适应的接入方法 技术领域 0001 本发明涉及的是一种无线通信领域的方法，具体是一种单频点信道中针对信道空 闲时间为指数分布或超指数分布的快速自适应的接入方法。 背景技术 0002 无线频谱资源是一种宝贵而有限的资源，近年来随着无线技术的发展，人们的生 活、工作环境中的无线设备数量激增，。
10、这使得频谱资源的短缺日益成为一个严重的问题。当 下，频谱资源的分配主要由政府授权。据调查，在已经授权的频谱中，至少有60处于闲置 状态，成为“频谱空洞”。是否能有效地利用这些频谱空洞，对于解决日益严重的频谱短缺问 题意义重大。 0003 动态频谱接入即提供了从用户能够动态接入主用户的频谱空洞并且将从用户 对主用户的干扰控制在可接受范围的方法。在WLAN业务及其他大多数小型无线网络业 务中，单频点信道的空闲时间分布总是呈指数分布或超指数分布的。如果知道这些分 布的具体参数，则可以根据已有的公式计算得到主从用户碰撞率与从用户接入时长的关 系。在很多文献中，对其提出的接入方案的分析即是基于该关系，文。
11、献“Opportunistic Channel Access Scheme for CognitiveRadio System Based on Residual White Space Distribution”(Sharma，M.，PIMRC，2010)中即给出了根据已知的信道参数及主用户干扰容 限得到从用户接入时长的方法，从用户根据该方法接入信道得到的碰撞率曲线在图3中的 比较方法一。值得注意的是，该关系适用于主用户的信道参数为任意分布。 0004 然而在实际环境中，从用户往往无法实时地准确地得到主用户的分布参数，因此 估计从用户的接入时长就成为单频点信道中动态接入的核心问题。当前涉及自。
12、适应信道获 得恰当的接入时长的算法都采用了基于反馈的方案，其指导思想是在当前接入时长下，当 实际碰撞率高于预设的碰撞率阈值，则当前接入时长减去一个值以降低碰撞率；反之，则加 上一个值以提高信道利用率。 0005 然而，考虑到一些实际的主用户系统的信道分布往往是指数分布或超指数分布 (如WLAN)，该方法还存在当实际碰撞率与预设的碰撞率阈值相差较大时收敛较慢的问题。 发明内容 0006 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种无线体域网中单频点信道快速自 适应的接入方法，在指数分布或超指数分布的信道中能够快速自适应信道参数的动态接入 方案，该方法专门针对指数分布及超指数分布进行了优化，无需从用。
13、户与主用户的协调、能 够取得十分接近理想方案的碰撞率与信道空闲时间利用率性能，不必持续的检测信道有利 于降低功耗，并有比一般反馈型自适应方案更快速的收敛速度，对于从用户系统(如WBAN) 利用WLAN业务的频谱空洞很有意义。 0007 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过在经过状态初始化的指数分布或 超指数分布的信道中进行用户接入判断并每隔一个接入周期根据根据用户接入信道的总 说 明 书CN 102883458 A 2/5页 5 次数进行一次接入时间更新、根据每10个接入周期内的全局碰撞率进行一次接入周期更 新实现自适应动态接入。 0008 所述的状态初始化是指：对接入时间、预设碰撞率阈。
14、值、碰撞率统计周期、指数退 避时长期望值、默认更新公式以及发送队列缓存的初始化设置，具体为： 0009 1)设置初始接入时间为T，T小于信道空闲时间期望； 0010 2)从主用户或其他监管机构处获得预设碰撞率阈值 0 ； 0011 3)设置碰撞率统计周期初始值为W 0 40； 0012 4)设置指数退避时长期望值，该值的大小由能量消耗与空闲时间利用率的权衡； 优选指数退避时长期望值为信道占用时长的期望50，200； 0013 5)设置接入时间T的默认更新公式为其中：T i+1 为接入时间的更 新值，T i 为当前的接入时间； 0014 6)在从用户中设置用于存储通信数据包的发送队列缓存。 00。
15、15 所述的用户接入判断是指： 0016 a)当用户的发送队列不为空时检测信道： 0017 a.1)当信道状态为空闲时从用户接入信道，且接入时间为T，记录该次接入的最 终状态并统计从用户接入信道的总次数； 0018 a.2)当信道状态为忙时执行指数退避，然后重新进行用户接入判断； 0019 所述的指数退避是指：以指数退避时长期望值产生一系列符合指数分布的时长， 随机选取某个时长，在该时长内从用户退出信道； 0020 b)当用户的发送队列为空时不接入。 0021 所述的最终状态包括接入成功和接入失败。 0022 所述的接入时间更新是指： 0023 a)当从用户接入信道的总次数是当前的接入周期的整。
16、数倍，则统计一次当前接入 周期的局部碰撞率 i ： 0024 a.1)当局部碰撞率 i 为0，则局部碰撞率修正为预设碰撞率阈值 0 的十分之 一，并采用当前接入时间更新公式更新接入时间； 0025 a.2)当局部碰撞率 i 为1，则接入时间的更新公式调整为十分之一更新公式，即 更新值T i+1 为T i 为当前的接入时间； 0026 a.3)其他情况下，按照默认更新公式更新接入时间，然后统计已经过的接入周期 的次数并进行接入周期更新。 0027 b)当从用户接入信道的总次数不是当前的接入周期的整数倍，则重新进行用户接 入判断。 0028 所述的当前接入时间更新公式为：默认更新公式、十分之一更新。
17、公式或碰撞率差 值更新公式中的任意一种。 0029 所述的局部碰撞率的定义为：单次接入周期中的碰撞率，即最终状态为接入失败 的次数。 0030 所述的接入周期更新是指：统计每10个接入周期内的全局碰撞率并且 说 明 书CN 102883458 A 3/5页 6 0031 a)当全局碰撞率与预设碰撞率阈值 0 满足则接入时间按照碰撞率 差值更新公式进行更新，即T i+1 T i (1-( i - 0 )，然后重新进行用户接入判断，其中：T i+1 为接入时间更新值，T i 为当前的接入时间， i 为当前接入周期对应的局部碰撞率； 0032 所述的全局碰撞率是指：10个接入周期对应的局部碰撞率的算。
18、数平均值。 0033 b)当全局碰撞率与预设碰撞率阈值满足则接入时间按照默认更新 公式进行更新，即并接入周期重置为W i+1 W 0 ，然后重新进行用户接入判 断； 0034 c)其余情况下接入时间按上次更新使用的更新公式进行更新； 0035 b+)当连续两次，即20个周期的全局碰撞率与预设碰撞率阈值 0 均满足： 且满足上式的连续第20个碰撞率统计周期W i 不大于120，则更新碰撞率统计周 期W i+1 W i +W 0 ； 0036 b+)当连续五次，即50个周期的全局碰撞率与预设碰撞率阈值均满足： 且满足上式的连续第50个碰撞率统计周期W i 不小于80，则更新碰撞率统计周 期W i+。
19、1 W i -W 0 。 0037 本发明能够将对主用户的干扰有效地保持在预先设置的水平；比较本方法与比较 方法一的曲线可以看出，除了在主用户的信道分布参数发生突变时，两个曲线吻合的比较 好，应用本方法从用户可以将对主用户的干扰保持在接近最佳水平(接入理论计算时长的 水平)。 附图说明 0038 图1是主从用户网络频谱共享系统示意图。 0039 图2是从用户接入信道示意图。 0040 图3是从用户分别应用三种接入方法时对主用户的影响比较示意图。 0041 图4是从用户接入信道流程图； 0042 图中：(a)部分和(b)部分为连续操作步骤。 具体实施方式 0043 下面对本发明的实施例作详细说明。
20、，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 0044 实施例1 0044 如图1所示，为本实施例主从用户网络频谱共享系统示意图，设置主用户网络通 信时，信道的空闲时长分布是3项超指数分布。将整个实施时间段分为4个等长的部分，每 个部分中主用户有不同的信道参数。从用户网络根据信道检测结果决定是否接入信道，根 据当前碰撞率与预设碰撞率的关系调整接入时长，根据碰撞率的稳定程度调整接入周期。 说 明 书CN 102883458 A 4/5页 7 这里提到的信道指频率信道，该接入方案适用于单信道情况。 0045 本方案通。
21、过以下步骤来实现从用户快速自适应获得最佳接入时长。 0046 第一步，初始化从用户。 0047 所述初始化包括以下内容： 0048 1)设置初始接入时间为T6，确定碰撞率阈值 0 0.3。 0049 3)设置碰撞率统计周期初始值为W 0 40，对应任一时刻当前的碰撞率统计周期 为W i ； 0050 4)设置一个合适的指数退避时长的期望值，该值为10。 0051 5)置接入时间T的更新公式为公式 0052 6)在从用户中设置发送队列缓存，用于存储要通信的数据包。 0053 第二步，当从用户的发送队列不为空，检测信道；当信道状态为空闲(如附图1中 第一次接入判断)，从用户接入信道，接入时间为T，。
22、记录该次接入的状态(成功或失败)，统 计从用户接入信道的次数；当信道状态为忙(如附图1中第二次接入判断)，则执行指数退 避，然后重复本步骤。 0054 所述接入状态(成功或失败)是指本次通信是否成功，成功则认为从用户与主用 户未发生碰撞(如图1中第一次接入)，否则，通信失败则认为从用户与主用户发生了碰撞 (如图1中第二次接入)。 0055 第三步，更新从用户接入时间。 0056 更新从用户接入时间步骤包括以下内容： 0057 1)当从用户接入总次数是W的整数倍(即一个接入周期)，统计一次该接入周期 的碰撞率(即局部碰撞率)；否则进行第二步。 0058 2)当局部碰撞率为0，则局部碰撞率修正为预。
23、设碰撞率阈值的十分之一，仍用当 前更新公式更新T；当局部碰撞率为1，则T的更新为当非以上两种情况，则按照T 更新公式更新一次接入时间，统计已经过的接入周期的次数，进行第四步。 0059 第四步，每隔10个接入周期，统计10个周期内的局部碰撞率的平均碰撞率(即 全局碰撞率)，并更新接入周期W i+1 。具体有以下4中情况。 0060 1)当全局碰撞率与预设的碰撞率阈值充分接近：则将T的更新公式 切换为公式T i+1 T i (1-( i - 0 )。 0061 2)当全局碰撞率与预设碰撞率阈值相差较远：则将T的更新公式切换 为公式并接入周期重置W i+1 W 0 。 0062 3)当连续两次全局。
24、碰撞率与预设碰撞率相差较远，具体为连续2个与 0 有关 系如下：且当前的，即满足上式的连续第20个W i 不大于120，则W i+1 W+W 0 。 0063 4)当连续五次全局碰撞率与预设碰撞率相差较近，具体为连续5个与 0 有关 说 明 书CN 102883458 A 5/5页 8 系如下：且当前的，即满足上式的连续第50个W i 不小于80，则W i+1 W-W 0 。 0064 设定主用户接入信道40000次，40000次接入分为4个等长的部分，每部分的接入 时长及空闲时长均符合不同参数的3项超指数分布，主用户的干扰容限是碰撞率阈值0.3。 0065 从用户预先设定一个接入时长，图3比。
25、较了从用户分别应用三种不同的接入方法 时对主用户的干扰程度。附图3中比较方法一是指根据已知的主用户的空闲时长分布参数 计算得到接入时长，从用户利用该时长接入；比较方法二是从用户的接入时长是固定值，与 发明方法中的初始值相同。 0066 比较本方法与比较方法二的曲线可以看出，本方法能够将对主用户的干扰有效地 保持在预先设置的水平；比较本方法与比较方法一的曲线可以看出，除了在主用户的信道 分布参数发生突变时，两个曲线吻合的比较好，应用本方法从用户可以将对主用户的干扰 保持在接近最佳水平(接入理论计算时长的水平)。 说 明 书CN 102883458 A 1/4页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102883458 A 2/4页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102883458 A 10 3/4页 11 说 明 书 附 图CN 102883458 A 11 4/4页 12 图4 说 明 书 附 图CN 102883458 A 12 。