基于圖論的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜動(dòng)態(tài)分配研究

摘 要：隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線業(yè)務(wù)的需求日益增加，對(duì)服務(wù)質(zhì)量也提出了更高的要求。同時(shí)，對(duì)頻譜資源的需求也與日俱增，然而頻譜資源確是有限的，頻譜資源短缺的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)。目前頻譜資源的利用率十分低下，造成了頻譜資源的嚴(yán)重浪費(fèi)?；诖耍疚膶?duì)基于圖論的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜動(dòng)態(tài)分配算法進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知無(wú)線電;圖論著色;頻譜分配

0引言

近些年來(lái)，隨著我國(guó)無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜資源逐漸短缺，目前國(guó)內(nèi)的頻譜管理方法主要是基于靜態(tài)控制的分配方式，這種分配方式是對(duì)頻譜進(jìn)行固定分配，導(dǎo)致頻譜利用率低下。而基于圖論的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方式，實(shí)現(xiàn)了頻譜的二次利用，這提高了頻譜的利用率。目前這也是解決頻譜資源短缺的主要方案之一。因此，本文對(duì)基于圖論的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜分配問(wèn)題進(jìn)行探討。

1認(rèn)知無(wú)線電的定義

認(rèn)知無(wú)線電最早于20世紀(jì)末由美國(guó)提出，是CR的理想載體，是對(duì)軟件無(wú)線電的進(jìn)一步發(fā)展。認(rèn)知無(wú)線電本質(zhì)上就是將無(wú)線資源與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而滿足用戶的無(wú)線資源與服務(wù)需求，同時(shí)認(rèn)知無(wú)線電設(shè)備也能夠自行選擇更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。總之，認(rèn)知無(wú)線電就是一種具有學(xué)習(xí)能力的無(wú)線系統(tǒng)，能自動(dòng)檢測(cè)到無(wú)線頻譜中的空洞，通過(guò)一定的算法，改變自身的參數(shù)設(shè)置，從而滿足用戶對(duì)頻譜資源的需求。

2基于圖論的頻譜動(dòng)態(tài)分配算法

2.1數(shù)字模型

與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，基于圖論的頻譜動(dòng)態(tài)分類算法可以用于小區(qū)的規(guī)劃與信道的分配。目前該頻譜動(dòng)態(tài)分配算法模型主要有以下幾種：頻譜矩陣、干擾矩陣以及分配矩陣構(gòu)成。

2.2分配算法

（1）著色（CSGC）算法

該算法的主要目的是為了解決分配頻譜的質(zhì)量問(wèn)題以及用戶調(diào)制編碼技術(shù)存在的差異性。由于上述問(wèn)題的存在使得用戶的信道收益存在著較大差異，該算法通過(guò)引入效益矩陣從而將這種差異表現(xiàn)出來(lái)。此外，干擾頻譜也是一個(gè)重要的影響因素，因?yàn)楦蓴_本身與頻段的質(zhì)量無(wú)關(guān)，主要受使用用戶的位置以及發(fā)射功率的影響。在實(shí)際分配過(guò)程中，一個(gè)分配頻譜將會(huì)對(duì)應(yīng)著一個(gè)干擾矩陣，該算法通過(guò)三維矩陣對(duì)各分配頻譜的干擾關(guān)系進(jìn)行了表述。

（2）分組頻譜分配算法

該算法是CSGC算法的改進(jìn)算法，其算法核心是在頻譜分配之前就對(duì)頻譜進(jìn)行分組。該算法主要可以分為以下兩種情況：

一是以用戶為分配基礎(chǔ)，進(jìn)行分配，這種分配方式叫做用戶分組算法。該算法是將一個(gè)用戶能使用的所有頻譜匯集成一個(gè)小組，也就是說(shuō)有多少用戶，就有多少分組。由于用戶使用的頻譜數(shù)量是有限的，小組中必定存在著空閑頻譜，當(dāng)小組進(jìn)行交集時(shí)也必定不是空集。在劃分完小組后，其算法的執(zhí)行步驟與CSGC算法一致。就是以小組中任意一個(gè)頻譜作為分配標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)號(hào)計(jì)算，計(jì)算后選出小組中能夠產(chǎn)生最大效益的頻段，并為用戶分配這個(gè)頻段，然后對(duì)分配過(guò)的小組進(jìn)行更新，最后再次進(jìn)行分配。分配過(guò)程中各小組需要進(jìn)行信息交換，這是因?yàn)楦鹘M之間最大效益的頻段可能是相同的，而兩個(gè)小組又不能同時(shí)使用同一個(gè)頻段，否則會(huì)產(chǎn)生沖突，如果出現(xiàn)沖突的情況需要對(duì)沖突的小組進(jìn)行重新分配。此外，再分配過(guò)程中出現(xiàn)幾個(gè)小組的最大效益相同，可以隨機(jī)分配給其中一個(gè)小組，其他未分配的小組將進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)中重新進(jìn)行分配。

二是以頻帶為分配基礎(chǔ)，進(jìn)行分配，這種分配方式叫做頻帶分組算法。該算法是將同一頻段的用戶匯集成一個(gè)小組，也就是說(shuō)有多少個(gè)頻段，就有多少個(gè)分組。由于多個(gè)頻段都適用于同一個(gè)用戶，因此在不同的小組中，會(huì)出現(xiàn)相同的用戶。小組劃分后，其算法的執(zhí)行步驟與CSGC算法一致。同時(shí)具體的分配流程與用戶分組算法相同，本文不在進(jìn)行闡述。

3結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸改變了人們的生活方式，豐富了人們的日常生活，但是頻譜短缺問(wèn)題卻一直沒(méi)有得到有效解決。隨著人們對(duì)無(wú)線服務(wù)的需求不斷增加，使得頻譜資源更加緊缺。由于頻譜資源是有限的，如何提高其利用率成為了緩解頻譜資源緊張的關(guān)鍵。目前基于圖論的頻譜分配方法能夠有效的提高頻譜資源的利用率，在未來(lái)該項(xiàng)技術(shù)一定會(huì)再次成為研究的熱點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：楊菊（1997.08.12—）;性別：女，民族：回，籍貫：寧夏同心，學(xué)歷：本科;現(xiàn)有職稱：無(wú);研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。