江帆??,盧光躍
(西安郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院,西安710121)
認知無線網(wǎng)絡(luò)中基于業(yè)務(wù)區(qū)分的自適應(yīng)MAC協(xié)議?
江帆??,盧光躍
(西安郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院,西安710121)
為了提高認知用戶的接入效率,同時兼顧其QoS需求,提出了一種應(yīng)用于認知無線網(wǎng)絡(luò)的基于業(yè)務(wù)區(qū)分的自適應(yīng)MAC協(xié)議。對不同業(yè)務(wù)采取不同的最優(yōu)頻譜檢測時間,實時業(yè)務(wù)(RT)以最小化接入時延為目的確定最優(yōu)的頻譜檢測時間,而非實時用戶(NRT)則以最大化吞吐率為目標確定最佳的頻譜檢測時間。根據(jù)所確定出的最佳頻譜檢測時間,結(jié)合當(dāng)前的業(yè)務(wù)到達速率和調(diào)度策略,不同業(yè)務(wù)以時隙Aloha的方式接入空閑頻譜。理論分析和仿真表明,所提出的自適應(yīng)MAC協(xié)議能夠自適應(yīng)地為認知用戶的不同業(yè)務(wù)確定最優(yōu)頻譜檢測時間,從而有效地提高頻譜使用效率,保證不同業(yè)務(wù)的QoS需求。
認知無線網(wǎng)絡(luò);自適應(yīng)MAC;業(yè)務(wù)區(qū)分;服務(wù)質(zhì)量;頻譜檢測
媒體接入控制(MAC)協(xié)議是一種實現(xiàn)頻譜資源高效動態(tài)分配與管理重要技術(shù)。目前,有關(guān)認知無線網(wǎng)絡(luò)中的MAC協(xié)議研究主要集中在保證網(wǎng)絡(luò)整體性能最優(yōu)的動態(tài)頻譜共享方面[1-2]。在相關(guān)的研究中,Su[3]提出了一種跨層機會式MAC協(xié)議,考慮了兩種頻譜檢測策略對于頻譜效率的影響;Chen[4]提出了基于機會式頻譜接入的兩層MAC協(xié)議,首先通過頻譜檢測來避免對主用戶(Primary User,PU)的干擾,其次通過選擇合適的MAC接入策略來調(diào)度用戶傳輸。然而,上述方法大都以如何提高認知用戶(Secondary User,SU)的接入效率為目標,而忽略了SU用戶的QoS需求。針對以上問題,本文提出了一種基于業(yè)務(wù)區(qū)分的自適應(yīng)MAC協(xié)議(A-MAC)。為了保證SU用戶不同業(yè)務(wù)的QoS需求,A-MAC能夠自適應(yīng)地調(diào)整不同業(yè)務(wù)的頻譜檢測時間,具體來講,實時業(yè)務(wù)(Real Time,RT)以最小化接入時延為目的確定最優(yōu)的頻譜檢測時長,而非實時用戶(Non-real Time,NRT)則以最大化吞吐率為目標確定頻譜檢測時間。根據(jù)業(yè)務(wù)到達速率和調(diào)度策略,不同業(yè)務(wù)以時隙Aloha的方式接入頻譜。理論分析和仿真表明,所提出的A-MAC協(xié)議能夠靈活簡便地為不同業(yè)務(wù)調(diào)整最佳的頻譜檢測時間,從而有效提高頻譜利用率,保證不同用戶的QoS需求。
系統(tǒng)模型如1所示,考慮一個包含主基站及若干個PU的主系統(tǒng),主基站使用授權(quán)頻譜與PU進行通信。在與主系統(tǒng)共存的認知系統(tǒng)中,包含一個認知基站及N個SU,SU之間能夠以自組織的方式通信,也可以接入認知基站。該模型是目前認知網(wǎng)絡(luò)研究中所采用的通用模型。每個SU在頻譜檢測范圍內(nèi)偵聽PU的頻譜使用情況,SU以不影響PU的正常通信為前提,以機會式的方式接入未被PU使用的授權(quán)頻譜。一旦SU檢測到PU要使用授權(quán)頻譜,則SU需在時間Tv內(nèi)騰空信道從而保證PU的正常通信。
圖1 系統(tǒng)模型Fig.1 System model
本文假設(shè)SU采用基于能量的頻譜檢測算法[7],即對于任意SUi(i∈[1,N]),當(dāng)接收到主基站的信號強度大于能量檢測器的判決門限η,則認為當(dāng)前系統(tǒng)中的PU處于激活狀態(tài),SU應(yīng)立即騰空信道;反之,則認為PU處于空閑狀態(tài),SU可以以機會式的方式接入授權(quán)頻譜。假設(shè)頻譜檢測時間長為t,fs為能量檢測器的采樣頻率,從主基站接收到的信號的信噪比(SINR)為γ,接收到信號采用相位鍵控(PSK)的調(diào)制方式,SU能夠探測到PU存在的檢測概率Pd可表示為[5]
其中,σ2表示接收高斯噪聲的方差,方程Φ(x)=為了保證SU對授權(quán)頻譜的使用不干擾到PU,當(dāng)PU位于SU的檢測范圍內(nèi)且處于激活狀態(tài),檢測概率Pd應(yīng)大于門限值η。如果PU位于SU的檢測范圍外,由于SU無法檢測到PU的活動狀態(tài),由此可導(dǎo)致的虛假報警概率Pf表示為[6]
假設(shè)PU業(yè)務(wù)的空閑及突發(fā)到達分別服從參數(shù)為λi和λb的指數(shù)分布,每時隙SU隨機地產(chǎn)生實時業(yè)務(wù)(Real-time service,RT)或非實時業(yè)務(wù)(Non-real time service,NRT),所有業(yè)務(wù)服從參數(shù)為λ的Poisson分布到達,因此認知系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)到達率表示為G=Nλ。
所提出的A-MAC的MAC層幀結(jié)構(gòu)如圖2所示,時間軸被劃分成一系列長度可調(diào)的幀,每一幀中包含長度為Ts的頻譜偵聽時隙和M個長度為Tt的數(shù)據(jù)傳輸時隙DSj,j∈[1,M]。因此每個幀的長度為Tf=Ts+Td=Ts+MTt。根據(jù)圖2的幀結(jié)構(gòu),SU在每幀開始的Ts時間內(nèi)偵聽授權(quán)信道的使用情況,然后在DSj時隙安排數(shù)據(jù)在空閑的授權(quán)信道上發(fā)送。
圖2 A-MAC的MAC幀結(jié)構(gòu)設(shè)計Fig.2 MAC frame design for A-MAC protocol
A-MAC的工作過程如下:
(1)任意SUi,i∈[1,N]如果在一幀開始的Ts時隙內(nèi)檢測到授權(quán)信道可用,且上一幀最后一個數(shù)據(jù)傳輸時隙DSM有新業(yè)務(wù)(RT或NRT)到達,SUi根據(jù)當(dāng)前認知系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)到達率計算出最優(yōu)頻譜檢測時間t*,調(diào)整頻譜檢測時隙長度Ts=t*,在下一幀開始的第一個數(shù)據(jù)傳輸時隙DS1發(fā)送;
(2)如果SU的業(yè)務(wù)在本幀的DSj,j≠M時隙到達,則具有RT業(yè)務(wù)的SU在下一時隙DSj+1時刻立即發(fā)送,而具有NRT業(yè)務(wù)的SU選擇退避一段時間δ之后再嘗試發(fā)送;
(3)接收端在成功接收到SU發(fā)送的業(yè)務(wù)之后,回復(fù)ACK表示成功接收;如果SU在一段時間之內(nèi)沒有接收到回復(fù),則判定發(fā)送失敗,SU選擇退避時間δ,再嘗試重新發(fā)送;
(4)如果SU在當(dāng)前Ts時隙內(nèi)檢測到信道不可用,則本幀中到達的數(shù)據(jù)(從DS1到DSM-1時隙)將會被緩存;SU需要在退避窗口δ中選擇退避一段時間,再次重新發(fā)送SU的業(yè)務(wù);
(5)如果當(dāng)前數(shù)據(jù)數(shù)傳時隙有且僅有一個SU發(fā)送業(yè)務(wù),則傳輸成功;否則,如果至少有2個SU發(fā)送業(yè)務(wù),則由于碰撞的產(chǎn)生,在退避窗口δ中選擇退避一段時間,再重新傳輸發(fā)生碰撞的業(yè)務(wù)。
4.1 SU的吞吐量分析
假設(shè)RT和NRT業(yè)務(wù)的分組長度恒定,且每個數(shù)據(jù)傳輸時隙的長度為Tt=1;ACK幀長為Ta,退避窗口大小δ∈[0,2ˉX],忽略傳輸時延和傳播時延。定義歸一化參數(shù)β=Ts/Tt,a=Ta/Tt,l=Td/Tt=M,f=Tf/Tt=β+M,且δ=ˉX/Tt。用E0和E1分別表示PU處于空閑及激活狀態(tài)的事件,可以得到
根據(jù)A-MAC協(xié)議,只有SU滿足以下條件時,其數(shù)據(jù)才能成功發(fā)送:一是SU在當(dāng)前幀內(nèi)檢測到空閑的授權(quán)信道;二是SU所發(fā)送的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不會與PU的數(shù)據(jù)碰撞;三是某SU所發(fā)送的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不會與其他SU所發(fā)送的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)碰撞。分別標記上述的3個條件為C1、C2及C3,下面分析上述3個條件的表達式。
C1條件的成立,意味著當(dāng)PU處于空閑狀態(tài)時,在未產(chǎn)生虛假報警的情況下,SU以1-Pf的概率接入信道;或當(dāng)PU處于激活狀態(tài)時,當(dāng)檢測概率低于設(shè)定的門限值,SU以1-Pd的概率接入信道,則有
由于每個SU都是獨立的檢測頻譜使用狀況,則當(dāng)前幀中n個SU能成功接入信道的概率為
當(dāng)PU處于空閑狀態(tài)時SU能夠成功傳輸;而當(dāng)PU處于激活狀態(tài)時SU不應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù),則C2條件滿足
當(dāng)僅有一個SU在當(dāng)前時隙傳輸數(shù)據(jù),條件C3成立。以每幀開始的第一數(shù)據(jù)傳輸時隙DS1為例,則意味著需要滿足以下條件:在前一幀中的DSM時隙內(nèi)沒有數(shù)據(jù)到達,且在本幀的頻譜偵聽間隔Ts階段沒有新的數(shù)據(jù)到達。如果有n個SU成功接入信道,該條件成立的概率為
綜合考慮式(4)~(7),如果用符號H表示一個數(shù)據(jù)能夠成功傳輸?shù)氖录?,則可以得到
因此,系統(tǒng)中平均可達吞吐量S(t)計算為S(t)=E{S(n,t)}=
其中,S(n,t)表示當(dāng)n個SU競爭信道且頻譜偵聽時間為t時的系統(tǒng)吞吐量。當(dāng)λ和β取值較小時,式(9)可近似表示為
4.2 SU的業(yè)務(wù)時延分析
SU的業(yè)務(wù)時延定義為從分組產(chǎn)生到成功發(fā)送的平均時間。假設(shè)分組處理時延可忽略,分別用參數(shù)D0和D1表示由于分組碰撞及數(shù)據(jù)緩存所引起的時延,則有[7-8]
其中,ω代表成功傳輸分組之前的時延,即表示從業(yè)務(wù)產(chǎn)生到感知到信道空閑這段時間。根據(jù)文獻[9]可以得到ω=β2+2β+l/2(l+β)。
D1包含由于業(yè)務(wù)到達后進入緩存排隊所造成的時延以及由于重傳所造成的退避時延兩部分,即有綜上,當(dāng)偵聽時間取t時,SU業(yè)務(wù)的平均分組時延D(t)有
式(13)的第一部分代表當(dāng)認知系統(tǒng)的到達率為Nλ時分組碰撞和分組緩存引起的時延,第三部分則代表成功傳輸分組引起的時延。將相應(yīng)的參數(shù)代入式(13),可以得到
這里采用了e-λ≈(Pf+(1-Pf)eλ)-1的近似[10]。
4.3 自適應(yīng)的頻譜檢測時間
4.3.1 RT業(yè)務(wù)的最佳頻譜檢測時間
由式(14)可以看出,當(dāng)PU的業(yè)務(wù)到達率恒定時,RT業(yè)務(wù)時延DRT(t)的取值與虛假報警概率Pf相關(guān)。而由式(2)可知,當(dāng)Pd和γ恒定時,Pf的取值與偵聽時間t相關(guān),隨著t的增加Pf的取值隨之減少,且有t∈[0,Ts]。因而當(dāng)t=Ts時,Pf取最小值Pf,min。這里令V0=1-Pf,則有V0≤1-Pf,min。為了得到使RT業(yè)務(wù)接入時延最小的偵聽時間t的取值,令式(14)對V0求導(dǎo),即令dDRT(t)/dV0=0,代入有
由于e-λ≈1-λ,當(dāng)λ取值較小時,代入并整理得
其中,G=Nλ。對于上述一元二次方程,當(dāng)滿足G≥4(1-D0/δ)時,可以得到
且滿足D′RT+(VRT0)>0,D′RT-(VRT0)<0。結(jié)合V0的限制條件,則使得RT業(yè)務(wù)接入時延最小的V0取值為
將式(17)代入式(2),得到使得RT業(yè)務(wù)接入時延DRT(t)最小的最佳的頻譜檢測時間tRT的計算式
將式(18)代入式(14),且當(dāng)N較大、λ較小時,可以得到最小的RT業(yè)務(wù)接入時延DminRT(tRT)為
DminRT(tRT)=eG(tRT)+λrβ(λr+λβ)·
式中,G(tRT)=NλV0(tRT),表示對應(yīng)最小接入時延DminRT(t)的最優(yōu)業(yè)務(wù)到達量。
4.3.2 NRT業(yè)務(wù)的最佳頻譜檢測時間
由式(10)可知,當(dāng)PU業(yè)務(wù)的到達率恒定時,吞吐量SNRT(t)的取值同樣與虛假報警概率Pf相關(guān)。同樣令V0=1-Pf,則有V0≤1-Pf,min。為了得到使NRT業(yè)務(wù)吞吐量最大的t的取值,令式(10)對V0求導(dǎo),即令dSNRT(t)/dV0=0,可以得到
其中,當(dāng)λ取值較小時,有e-λ≈1-λ,且滿足S′NRT+(VNRT0)>0,S′NRT-(VNRT0)<0。結(jié)合V0的限制條件,使得NRT業(yè)務(wù)吞吐量最大的V0取值應(yīng)滿足
將式(21)代入式(22),得到使得NRT業(yè)務(wù)吞吐量SNRT(t)最大的最佳頻譜檢測時間tNRT的計算式:
將式(22)代入式(10),當(dāng)N較大、λ較小時,可以得到最大的NRT業(yè)務(wù)吞吐量SNRT(t)為
式中,G(tNRT)=NλV0(tNRT),表示對應(yīng)于最大吞吐量SmaxNRT(tNRT)的最優(yōu)業(yè)務(wù)到達量。
為了模擬真實信道情況下的A-MAC性能,并參照文獻[10]中的MAC層參數(shù)設(shè)置,其中仿真參數(shù)設(shè)置為:信道速率1 Mb/s,RT/NRT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包長2 000 b;每幀Tf=100 ms其中包含49個長度Td=2 ms數(shù)據(jù)傳輸時隙和一個長度Ts=2 ms頻譜偵聽時隙;SU從主基站接收到的信號的SINRγ=-13 dB,SU能夠探測到PU存在的檢測概率Pd=0.95;ACK應(yīng)答幀Ta=2 ms,退避窗口大小δ=50 ms。SU所有業(yè)務(wù)服從參數(shù)為λ=0.02的Poisson到達,PU業(yè)務(wù)的空閑及突發(fā)到達分別服從參數(shù)為λi=0.01和λb=0.99的指數(shù)分布。仿真主要通過改變用戶的到達數(shù)量來模擬網(wǎng)絡(luò)忙閑情況下A-MAC協(xié)議的不同的性能指標。
圖3繪出了NRT業(yè)務(wù)歸一化系統(tǒng)吞吐量與頻譜檢測之間的關(guān)系。當(dāng)具有NRT業(yè)務(wù)的用戶數(shù)NNRT分別取25和50時,從圖中可以看出隨著頻譜檢測時間t的增加,NRT業(yè)務(wù)的歸一化吞吐量逐漸增加,當(dāng)t=Ts時,NRT業(yè)務(wù)的吞吐量達到最大。這是由于當(dāng)總的業(yè)務(wù)到達未達到飽和時(認知系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)到達率G≤1),頻譜檢測時間越長,NRT業(yè)務(wù)能夠使用授權(quán)信道傳輸數(shù)據(jù)的概率越大。而當(dāng)用戶數(shù)分別取75和100時,由圖3可以看出隨著頻譜檢測時間t的增加,NRT業(yè)務(wù)的歸一化吞吐量首先隨之單調(diào)增長,隨后又逐漸減小。這是由于當(dāng)NRT業(yè)務(wù)到達率已達到飽和(G>1)時,增加NRT業(yè)務(wù)信道檢測時間反而會增加系統(tǒng)的負擔(dān),使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無法及時傳輸,從而吞吐率逐漸降低。
圖3 NRT業(yè)務(wù)歸一化吞吐量與頻譜檢測時間Fig.3 Normalized throughput vs.spectrum sensingtime for NRT services
圖4 給出了RT業(yè)務(wù)歸一化系統(tǒng)吞吐量與頻譜檢測之間的關(guān)系。同樣可以看出,當(dāng)具有RT業(yè)務(wù)的用戶數(shù)NRT分別取25和50時,隨著頻譜檢測時間t的增加,由于更多的RT業(yè)務(wù)能夠獲得授權(quán)信道的使用機會,從而數(shù)據(jù)的接入時延逐漸減少。而當(dāng)具有RT業(yè)務(wù)的用戶數(shù)NRT分別取75和100時,同樣由于RT業(yè)務(wù)的到達率已達到飽和,由于每個RT業(yè)務(wù)都需要在發(fā)送前長時間地檢測頻譜的使用情況,反而增加了系統(tǒng)的負擔(dān),使得過多的RT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由于無法及時傳輸而被緩存,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)接入時延的增加。
圖4 RT業(yè)務(wù)平均吞吐量與頻譜檢測時間Fig.4 Average throughput vs.spectrum sensing time for RT services
圖5 描述了NRT業(yè)務(wù)的最大吞吐量隨著用戶數(shù)的增加的變化情況。在tNRT=Ts時,當(dāng)系統(tǒng)的NRT業(yè)務(wù)用戶數(shù)N<50時,系統(tǒng)的最大吞吐量逐漸增加;當(dāng)用戶數(shù)增加到N=50時,由于系統(tǒng)的用戶到達已達到飽和,系統(tǒng)的最大吞吐量開始保持恒定不變。而當(dāng)頻譜檢測時間恒定取Ts時,可看出系統(tǒng)的最大吞吐量隨NRT業(yè)務(wù)到達的增加而逐漸減少。
圖5 最大系統(tǒng)吞吐量與NRT業(yè)務(wù)用戶數(shù)Fig.5 Maximum throughput vs.NRT services users
圖6 給出了RT業(yè)務(wù)的接入時延隨著用戶數(shù)的增加的變化情況??梢钥闯觯S著RT用戶數(shù)的增加,分組的最小平均接入時延逐漸變大,這是由于更多SU開始競爭有限的授權(quán)信道資源,從而導(dǎo)致分組接入時延逐漸增加。當(dāng)系統(tǒng)的RT業(yè)務(wù)用戶數(shù)較少時,兩根曲線的性能一致;而隨著系統(tǒng)的用戶逐漸達到飽和,當(dāng)頻譜檢測時間恒定時,可以看出分組的接入時延以指數(shù)形式增長,而對于所提出A-MAC協(xié)議,分組的接入時延則以線性形式增長,從而有效地保證了RT業(yè)務(wù)的QoS需求。
圖6 最小平均接入時延與RT業(yè)務(wù)用戶數(shù)Fig.6 Minimum access delay vs.RT services users
本文提出了一種基于業(yè)務(wù)區(qū)分的自適應(yīng)MAC協(xié)議(A-MAC)。為了保證SU用戶不同業(yè)務(wù)的QoS需求,實時業(yè)務(wù)以最小化接入時延為目的確定最優(yōu)的頻譜檢測時長,而非實時用戶則以最大化吞吐率為目標確定最優(yōu)的頻譜檢測時間。結(jié)合具體的業(yè)務(wù)到達速率和調(diào)度策略,不同業(yè)務(wù)以時隙Aloha的方式接入信道。與已有研究工作相比,所提出的AMAC的通過業(yè)務(wù)區(qū)分自適應(yīng)地為不同業(yè)務(wù)調(diào)整不同的頻譜檢測時間,從而有效地提高頻譜使用效率,保證不同用戶的QoS需求。后續(xù)工作需要考慮如何進一步優(yōu)化重傳算法以提高傳輸?shù)男省?/p>
[1]Cormio C,Chowdhury K.A Survey on MAC Protocols for Cognitive Radio Networks[J].Ad Hoc Networks,2009,7(7):1315-1329.
[2]Domenico A,Strinatie C,Benedetto M G.A Survey on MAC Strategies for Cognitive Radio Networks[J].IEEE Communications Survey and Tutorials,2012,14(1):21-44.
[3]Su Hang,Zhang Xi.Cross-layer Based Opportunistic MAC Protocols for QoS Provisioning Over Cognitive Radio Wireless Networks[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2008,26(1):118-129.
[4]Chen Qian,Liang Y C,Motani M,et al.A Two-level MAC Protocol Strategy for Opportunistic Spectrum Access in Cognitive Radio Networks[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2011,60(5):2164-2180.
[5]Yucek T,Arslan H.A Survey of Spectrum Sensing Algorithms for Cognitive Radio Applications[J].IEEE Communications Survey and Tutorials,2009,11(1):116-130.
[6]Li Y B,Huang Hui,Ye Fan.An Improved Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio[J].Journal of Computational Information Systems,2012,8(4):1399-1406.
[7]Pawelczak P,Pollin S,So H S W,et al.Performance Analysis of Multichannel Medium Access Control Algorithms for Opportunistic Spectrum Access[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2009,58(6):3014-3031.
[8]陸傳賚.排隊論[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2009. LU Chuan-lai.Queuing Theory[M].Beijing:Beijing University of Posts and Telecommunications Press,2009.(in Chinese)
[9]Kleinrock L,Tobagi F.Packet Switching in Radio Channels:Part I-CarrierSenseMultiple-AccessModesandTheir Throughput-Delay Characteristics[J].IEEE Transactions on Communications,1975,23(2):1400-1416.
[10]Timmers M,Pollin S,Dejonghe A,et.al.A Distributed Multichannel MAC Protocol for Multi-hop Cognitive Radio Networks[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2010,59(1):446-459.
JIANG Fan was born in Xi′an,Shaanxi Province,in 1982.She received the Ph.D degree from Beijing University of Posts and Telecommunications in 2010. She is now an associated professor.Her research concerns next generation wireless networks,cooperative relay network,cognitive radio networks.
Email:fjiangwbc@gmail.com
盧光躍(1971—),男,河南南陽人,1999年于西安電子科技大學(xué)獲信號與信息處理專業(yè)博士學(xué)位,現(xiàn)為教授、博士生導(dǎo)師、“楚天學(xué)者”特聘教授,主要研究方向為現(xiàn)代移動通信中的信號處理。
LU Guang-yue was born in Nanyang,Henan Province,in 1971. He received the Ph.D.degree from Xidian University in 1999.He is now a professor and also the Ph.D.supervisor.His research concerns signal processing in modern mobile communications.
Email:tonylugy@163.com
A Service-differentiated Based Adaptive MAC Protocol for Cognitive Radio Networks
JIANG Fan,LU Guang-yue
(School of Communication and Information Engineering,Xi′an University of Posts and Telecommunications,Xi′an 710121,China)
To improve the access efficiency of secondary users(SU)and consider their QoS requirements at the same time,a service-differentiated based adaptive Media Access Control(MAC)protocol is proposed for cognitive radio networks.Specifically,real time services determine the best spectrum sensing time aiming at minimizing the spectrum access time,while users with non-real time services select proper spectrum sensing time to obtain maximum throughput.Combined with service arriving rate and scheduling policy,different services adopt slotted Aloha for medium access.Theoretical analysis and simulation results demonstrate that the proposed MAC protocol can adaptively adjust optimal spectrum sensing time for different type of services,so as to achieve higher spectrum utilization rate and ensure user′s Quality of Service(QoS)as well.
cognitive radio network;adaptive medium access control;service differentiating;Quality of Service;spectrum detect
The National Natural Science Foundation of China(No.61172071,61102047);The Natural Science Foundation of Shaanxi Province(2011JQ8027);The Natural Science Research Project of Education Department of Shaanxi Provincial Government(2013JK1064);Soft Science Project of Ministry of Industry and Information(2013-R-36-2)
date:2013-02-07;Revised date:2013-05-10
國家自然科學(xué)基金資助項目(61172071,61102047);陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究項目(2011JQ8027);陜西省教育廳科學(xué)研究計劃項目(2013JK1064);工信部通信軟科學(xué)項目(2013-R-36-2)
??通訊作者:fjiangwbc@gmail.comCorresponding author:fjiangwbc@gmail.com
TN929.5
A
1001-893X(2013)07-0878-06
江帆(1982—),女,陜西西安人,2010年于北京郵電大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位,現(xiàn)為西安郵電大學(xué)副教授,主要研究方向為下一代無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)、認知無線網(wǎng)絡(luò)等;
10.3969/j.issn.1001-893x.2013.07.011
2013-02-07;
2013-05-10