分散在认知无线电网络中频谱分配能源效率和提高吞吐量

文摘

在分散的频谱分配,各种频段的无线频谱是支离破碎的,可怕地远离对方。频谱分配是在认知基站(CBS)完成的认知无线电网络中分配频率在每一帧开始。调度频率考虑通道转换成本和通道的能力。这项工作重点调度的问题。这一目标,提出了一种能量高效的启发式调度算法,贪婪地分配一个空闲的认知无线电频率达到最高的能源效率。能源高效的启发式调度程序(EEHS)不能提供公平的频谱分配和吞吐量效率可能有所欠缺。然后提出基于最小能耗的频谱分配与调度器和吞吐量最大化吞吐量担保能源保证调度程序提出了非均匀条件下。能源和吞吐量分析了调度器的提供公平的资源分配。

关键字

支离破碎的频谱,认知无线电、通道切换。

介绍

认知无线电的名字来自“认知”这个词意思是获取知识的过程通过使用推理、直觉或感知。这是一个新的技术,无线电频谱扫描和搜索的白色空间。它使未授权用户使用许可乐队而不造成任何重大干扰授权用户。授权用户也被称为主要用户(PU)。的用户没有权限访问许可乐队被称为二级用户(SU)。认知无线电周期从无线电环境的感知,认知无线电的第一和最重要的一步。分析执行为了研究无线电频谱感知特征,发现未使用的渠道。信道估计(1)也表现在本节中,为了确定接收信号的信道特征,进而将有助于更好地接收授权用户信号。能源成本不断增加,无线网络的能量消耗是一个重要的分数(20% - -30%2)总运营商的支出(站点租赁、许可等)。因此,需要消耗能量有效的具有成本效益的系统。减少能源消耗和节能的运行,因此,运营商的利益。从用户的角度来看,能源效率意味着更长的电池寿命。事实是两个电池充电实例之间的短时间内骚扰用户,降低无线通信的可行性。因此,能源效率是至关重要的两个演员的无线通信。提高能源效率的通信的另一个驱动因素是环境问题。CRs将具备操作能力在一个广泛的光谱由于power-intense光谱传感任务,他们预计高能源效率。之前的大多数研究频谱感知的能源效率,因此,在频谱访问2- - - - - -5]。因此,认知协议还必须与能源效率的角度设计。从这个意义上说,一个认知调度器位于认知基站(CBS)应考虑能源效率,同时确定一个时间表。

系统模型

认知无线电网络服务系统模型考虑许多认知无线电(6- - - - - -10]。主要通道占用是建模为两个状态马尔可夫链表示信道的空闲和忙碌的状态。主用户频谱占用从认知基站称为白色空间检索数据库。检索到的信息被认为是可靠的和频率分配到认知无线电频谱感知。如果选择的认知无线电传输然后切换到相关通道,传输通道和呆在空闲模式如果没有指定的频率。网络调度程序作为一个基站和认知节点分配。每个节点作为发射器和接收器(图1)。

节能启发式调度程序

算法1:节能的启发式调度程序需要:挨近,R, E

确保:赋值向量x: f (f,中国国际广播电台),∈挨近,CRi∈Nt

1:如果|挨近| < Ntx

2:所有f∈侧身而行

3:ηi, f = Ci, f / Ei, f,∀CRi∈Ntx

4:我*←arg maxiηi f

5:添加(f, CRi *)分配向量

6:Nt←Nt \ CRi *

7:对

8:其他

9:allCRi∈Nt

10:ηi, f = Ci, f / Ei,∀f∈侧身而行

11:f *←arg maxfηi f

12:添加(f *,中国国际广播电台)分配向量

13:挨近←挨近\ f *

14:15:如果结束

上述算法贪婪地分配每个闲置的认知无线电频率达到最大能源效率中心频率。

在第一种情况下如果有更多认知无线电频率比空闲的数量,然后最好的节点用CRi *。

在第二种情况下,选择有效利率较高的认知无线电频率。在第三的情况下,如果有更多数量的频率最好的频率是用f *,认知无线电的选择。认知无线电的频率保持最高的能源效率是最好的认知无线电频率。认知无线电频率分配之后,它从组中删除空闲频率。如果分配认知无线电频率从Ntx中删除。上述算法在多项式时间常数F。

频道转换成本与链接能力

计算

李,f的能力取决于信道带宽的W和链接的信噪比。此外,可以通过这个链接发送的比特数在一个框架是由调优时间CR的射频前端这个频率。所花费的总时间在所有这些必要的射频前端硬件配置称为信道切换延迟,这被认为是一个线性函数的总频率距离前者(f),后者的频率(f) (11- - - - - -15]。

让Bif, f的信道容量,计算了香农“s公式和Ri, f是最大的比特数,由中国国际广播电台可以发送链接李在一个框架,f。Bi,f和国际扶轮,f计算如下:

Bi, f = W日志2 (1 = SNRi i)比特/秒(1)

Ri, f = Bi, f (T-Tcs) (2)

在那里,

W是信道带宽、信噪比我,f的信噪比李,f。然而,中国国际广播电台不能传输的比特数的以上的缓冲区。因此,李的有效率,f用Ci,受到国际扶轮,f和碎片的数量在中国国际广播电台的缓冲区。词,f计算如下:

Ci, f = min (Ri, f, Oi)位(3)

的总认知无线电网络吞吐量

R =ΣΣXi, f (Ci) (4)

在那里,

Xi, f站为代表的二元决策变量分配状态的中国国际广播电台频率f,即。习,f = 1,如果f是分配到中国国际广播电台,如果否则Xi, f = 0。

建模的能源消耗

考虑到帧格式图2我们可以CRN的能耗模型。如果CRi与频率分配(CRi∈),它首先调其天线的分配频率需要Tcs时间单位。接下来,CR开始传播。传输完成后,切换到怠速状态并一直闲置,直到结束的框架。如果Cr与频率(即没有分配。,CRi_∈),中国国际广播电台等空闲帧。因为无线接口是占据主导地位的能源消费在一个无线设备,我们忽略能源消耗信息处理。能源消耗的CR的CRN设置是由于各种任务和组件。

在传输过程中:认知无线电传输能耗传输分配,而那些不分配任何频率保持处于空转状态。传输功率Ptx假定为常数。在传输过程中消耗的能量Etx传输时间和传动功率成正比。认知无线电的传输时间(16- - - - - -18]。

ttx = Cif / Bi, f (s) (5)

能源消耗的电路电子商务:消耗的能源/电力电子电路(数模转换器、搅拌机、过滤器)的移动设备在传输过程中被称为电路功率的电脑。它被假定为常数和能源消费的由于电路Pcttx =

能源消耗的频道切换Ecs:Ecs代表配置硬件从当前所消耗的能量传输频率(f)能耗分配传输频率(f)。由于是由通道切换

Ecs = PcsTcs (J) (6)

能源消费在空闲状态艾德:CRs不选择传输吃闲饭,它们消耗的电力空转Pd持续时间(T),导致能源消耗Ed = PdT。此外,CRs选择传输切换到框架的空转状态直到他们完成传输的比特缓冲区和空闲时间是由T Tcs−−ttx(年代)。

因此认知无线电的总能源消费的频率

Ei, f = (Ptx + Pc) ttx + Pd (T-Tcs-ttx) + PcsTcs (7)

认知无线电网络的能源效率是由

η=吞吐量(R) /能源(E)(比特/ J) (8)

在认知无线电网络路由

物理层负责光谱传感、检测活动的初级用户和估计的质量可用的频道。网络层执行调度和路由。如果被检测到的光谱可分为n通道。当一个节点,它可以选择呆在一个可用的频道。跨节点,当没有流动或流动只有通道节点选择留下来,我们说这个节点是在一个单通道的状态,我们称之为节点单通道节点。有可能是多个流可以在一个节点相交。流分配在不同的频道时,节点处于开关状态,我们称之为节点交换节点(19- - - - - -22]。

能量最小化吞吐量保证

第一个过程中认知无线电网络路由的路由发现。认知无线电(节点)发起一个路由发现通过广播一个路由请求包(RREQ)每个节点在网络数据包发送. .因为节点可能呆在不同的频道,路由请求数据包应该播放所有可用的频道,。当一个中间节点收到路由请求,它也传送数据包在所有可用的频道。可用频道的信息由RREQ搭载消息转发广播过程中。当节点传递这条路线的要求,工作通道信息和节点状态也包括在内。所以,当一个节点接收到路由请求时,它知道路由请求的路径通过和工作节点和渠道也知道每个通道上的节点数量,分配通道的一个重要参数。转发路由请求,节点建立一个反向路径。

路线回复,目的节点知道可用的频道信息路径上的所有节点在收到路由请求,并分配一个流动的渠道。将返回一个路由回复源通过封装分配渠道。节点建立路由到目的地通过其认知无线电收发机,并生成新的路由应答消息发送回源

EMTG调度器可以formaulated如下

Rmin =β*Κ* Tavg * Ravg (9)

吞吐量最大化能量限制调度器

在这个调度程序,它侧重于提高吞吐量以及最低的能源消耗。它使用匈牙利算法用于识别节点的最低消费能源效率达到更高的吞吐量。Emax是恒定值通过调度器。

Emax =β(K [(Ptx + Pc) (T-α* tcs-Td)道明+电脑+ Pd * *α* tcs) + (n - K) PdT) (10)

Emax表示帧的最大能源消耗。让β是能量吞吐量权衡量和K节点的数量在传达。事业

K = min (Ntx | cidle |) (11)

Td = T-α* tcs-Tavg (12)

让Tavg平均传输时间传输缓冲区的所有比特和Td是空闲时间。的平均数量是α通道切换。

Tavg = min (Qavg / Ravg T-α* tcs) (13)

Qavg表示平均队列大小和Ravg空闲通道的平均水平。让Ntx与传输请求的节点数量

Qavg =Σ/ Ntx (14)

气是在缓冲的比特数。

模拟执行使用MATLAB工具和网络创建工具箱使用真正的完成时间

仿真和结果

以上结果显示(图3)成功的概率与使用的认知无线电节点数量和它显示了68%的成功是实现成功的包传输。成功率是退化从1、0.9、0.8和0.72至0.68。

的图4提供能源消耗的结果从源节点传输到目的节点传送数据包。它消耗35倍木星质量的能量传输。

在能源最小化吞吐量保证调度器消耗25 mj的能量传输(图5)。

在这个EMTG调度器最低的吞吐量达到320个基点(图6)。

适当的频率分配tm调度程序最小化能源消耗和能源消耗12乔丹在非均匀流量条件下传播(图7)。

tm调度器实现更好的吞吐量400个基点与前面的调度器(图8)。

并

本文制定节能启发式算法可能达不到吞吐量效率和不提供公平的资源分配来克服这个EMTG TMEG调度器交通条件下提出了提供公平和提高吞吐量和减少能源消耗。

引用

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