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(rèn)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(rèn)知用戶的接入效率，同時(shí)兼顧其QoS需求，提出了一種應(yīng)用于認(rèn)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(duì)不同業(yè)務(wù)采取不同的最優(yōu)頻譜檢測(cè)時(shí)間，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（RT）以最小化接入時(shí)延為目的確定最優(yōu)的頻譜檢測(cè)時(shí)間，而非實(shí)時(shí)用戶（NRT）則以最大化吞吐率為目標(biāo)確定最佳的頻譜檢測(cè)時(shí)間。根據(jù)所確定出的最佳頻譜檢測(cè)時(shí)間，結(jié)合當(dāng)前的業(yè)務(wù)到達(dá)速率和調(diào)度策略，不同業(yè)務(wù)以時(shí)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(rèn)知用戶的不同業(yè)務(wù)確定最優(yōu)頻譜檢測(cè)時(shí)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(rèn)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(cè)

1 引言

媒體接入控制（MAC）協(xié)議是一種實(shí)現(xiàn)頻譜資源高效動(dòng)態(tài)分配與管理重要技術(shù)。目前，有關(guān)認(rèn)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(dòng)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(jī)會(huì)式MAC協(xié)議，考慮了兩種頻譜檢測(cè)策略對(duì)于頻譜效率的影響；Chen［4］提出了基于機(jī)會(huì)式頻譜接入的兩層MAC協(xié)議，首先通過頻譜檢測(cè)來避免對(duì)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(rèn)知用戶（Secondary User，SU）的接入效率為目標(biāo)，而忽略了SU用戶的QoS需求。針對(duì)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(cè)時(shí)間，具體來講，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（Real Time，RT）以最小化接入時(shí)延為目的確定最優(yōu)的頻譜檢測(cè)時(shí)長，而非實(shí)時(shí)用戶（Non-real Time，NRT）則以最大化吞吐率為目標(biāo)確定頻譜檢測(cè)時(shí)間。根據(jù)業(yè)務(wù)到達(dá)速率和調(diào)度策略，不同業(yè)務(wù)以時(shí)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(cè)時(shí)間，從而有效提高頻譜利用率，保證不同用戶的QoS需求。

2 系統(tǒng)模型

系統(tǒng)模型如1所示，考慮一個(gè)包含主基站及若干個(gè)PU的主系統(tǒng)，主基站使用授權(quán)頻譜與PU進(jìn)行通信。在與主系統(tǒng)共存的認(rèn)知系統(tǒng)中，包含一個(gè)認(rèn)知基站及N個(gè)SU，SU之間能夠以自組織的方式通信，也可以接入認(rèn)知基站。該模型是目前認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)研究中所采用的通用模型。每個(gè)SU在頻譜檢測(cè)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(jī)會(huì)式的方式接入未被PU使用的授權(quán)頻譜。一旦SU檢測(cè)到PU要使用授權(quán)頻譜，則SU需在時(shí)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(cè)算法［7］，即對(duì)于任意SUi（i∈［1，N］），當(dāng)接收到主基站的信號(hào)強(qiáng)度大于能量檢測(cè)器的判決門限η，則認(rèn)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(rèn)為PU處于空閑狀態(tài)，SU可以以機(jī)會(huì)式的方式接入授權(quán)頻譜。假設(shè)頻譜檢測(cè)時(shí)間長為t，fs為能量檢測(cè)器的采樣頻率，從主基站接收到的信號(hào)的信噪比（SINR）為γ，接收到信號(hào)采用相位鍵控（PSK）的調(diào)制方式，SU能夠探測(cè)到PU存在的檢測(cè)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(duì)授權(quán)頻譜的使用不干擾到PU，當(dāng)PU位于SU的檢測(cè)范圍內(nèi)且處于激活狀態(tài)，檢測(cè)概率Pd應(yīng)大于門限值η。如果PU位于SU的檢測(cè)范圍外，由于SU無法檢測(cè)到PU的活動(dòng)狀態(tài)，由此可導(dǎo)致的虛假報(bào)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(dá)分別服從參數(shù)為λi和λb的指數(shù)分布，每時(shí)隙SU隨機(jī)地產(chǎn)生實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（Real-time service，RT）或非實(shí)時(shí)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(dá)，因此認(rèn)知系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)到達(dá)率表示為G＝Nλ。

3 A-MAC協(xié)議描述

所提出的A-MAC的MAC層幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，時(shí)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(shí)隙和M個(gè)長度為Tt的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙DSj，j∈［1，M］。因此每個(gè)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(shí)間內(nèi)偵聽授權(quán)信道的使用情況，然后在DSj時(shí)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(jì)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(shí)隙內(nèi)檢測(cè)到授權(quán)信道可用，且上一幀最后一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙DSM有新業(yè)務(wù)（RT或NRT）到達(dá)，SUi根據(jù)當(dāng)前認(rèn)知系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)到達(dá)率計(jì)算出最優(yōu)頻譜檢測(cè)時(shí)間t*，調(diào)整頻譜檢測(cè)時(shí)隙長度Ts＝t*，在下一幀開始的第一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙DS1發(fā)送；

（2）如果SU的業(yè)務(wù)在本幀的DSj，j≠M(fèi)時(shí)隙到達(dá)，則具有RT業(yè)務(wù)的SU在下一時(shí)隙DSj＋1時(shí)刻立即發(fā)送，而具有NRT業(yè)務(wù)的SU選擇退避一段時(shí)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(shí)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(shí)間δ，再嘗試重新發(fā)送；

（4）如果SU在當(dāng)前Ts時(shí)隙內(nèi)檢測(cè)到信道不可用，則本幀中到達(dá)的數(shù)據(jù)（從DS1到DSM－1時(shí)隙）將會(huì)被緩存；SU需要在退避窗口δ中選擇退避一段時(shí)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(shí)隙有且僅有一個(gè)SU發(fā)送業(yè)務(wù)，則傳輸成功；否則，如果至少有2個(gè)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(shí)間，再重新傳輸發(fā)生碰撞的業(yè)務(wù)。

4 A-MAC性能分析

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(gè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)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(shí)延和傳播時(shí)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(shí)，其數(shù)據(jù)才能成功發(fā)送：一是SU在當(dāng)前幀內(nèi)檢測(cè)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(huì)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(huì)與其他SU所發(fā)送的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)碰撞。分別標(biāo)記上述的3個(gè)條件為C1、C2及C3，下面分析上述3個(gè)條件的表達(dá)式。

C1條件的成立，意味著當(dāng)PU處于空閑狀態(tài)時(shí)，在未產(chǎn)生虛假報(bào)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(shí)，當(dāng)檢測(cè)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(gè)SU都是獨(dú)立的檢測(cè)頻譜使用狀況，則當(dāng)前幀中n個(gè)SU能成功接入信道的概率為

當(dāng)PU處于空閑狀態(tài)時(shí)SU能夠成功傳輸；而當(dāng)PU處于激活狀態(tài)時(shí)SU不應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)，則C2條件滿足

當(dāng)僅有一個(gè)SU在當(dāng)前時(shí)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(shí)隙DS1為例，則意味著需要滿足以下條件：在前一幀中的DSM時(shí)隙內(nèi)沒有數(shù)據(jù)到達(dá)，且在本幀的頻譜偵聽間隔Ts階段沒有新的數(shù)據(jù)到達(dá)。如果有n個(gè)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(hào)H表示一個(gè)數(shù)據(jù)能夠成功傳輸?shù)氖录瑒t可以得到

因此，系統(tǒng)中平均可達(dá)吞吐量S（t）計(jì)算為S（t）＝E｛S（n，t）｝＝

其中，S（n，t）表示當(dāng)n個(gè)SU競爭信道且頻譜偵聽時(shí)間為t時(shí)的系統(tǒng)吞吐量。當(dāng)λ和β取值較小時(shí)，式（9）可近似表示為

4.2 SU的業(yè)務(wù)時(shí)延分析

SU的業(yè)務(wù)時(shí)延定義為從分組產(chǎn)生到成功發(fā)送的平均時(shí)間。假設(shè)分組處理時(shí)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(shí)延，則有［7－8］

其中，ω代表成功傳輸分組之前的時(shí)延，即表示從業(yè)務(wù)產(chǎn)生到感知到信道空閑這段時(shí)間。根據(jù)文獻(xiàn)［9］可以得到ω＝β2＋2β＋l／2（l＋β）。

D1包含由于業(yè)務(wù)到達(dá)后進(jìn)入緩存排隊(duì)所造成的時(shí)延以及由于重傳所造成的退避時(shí)延兩部分，即有綜上，當(dāng)偵聽時(shí)間取t時(shí)，SU業(yè)務(wù)的平均分組時(shí)延D（t）有

式（13）的第一部分代表當(dāng)認(rèn)知系統(tǒng)的到達(dá)率為Nλ時(shí)分組碰撞和分組緩存引起的時(shí)延，第三部分則代表成功傳輸分組引起的時(shí)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(cè)時(shí)間

4.3.1 RT業(yè)務(wù)的最佳頻譜檢測(cè)時(shí)間

由式（14）可以看出，當(dāng)PU的業(yè)務(wù)到達(dá)率恒定時(shí)，RT業(yè)務(wù)時(shí)延DRT（t）的取值與虛假報(bào)警概率Pf相關(guān)。而由式（2）可知，當(dāng)Pd和γ恒定時(shí)，Pf的取值與偵聽時(shí)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(shí)，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(shí)延最小的偵聽時(shí)間t的取值，令式（14）對(duì)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(shí)，代入并整理得

其中，G＝Nλ。對(duì)于上述一元二次方程，當(dāng)滿足G≥4（1－D0／δ）時(shí)，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(shí)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(shí)延DRT（t）最小的最佳的頻譜檢測(cè)時(shí)間tRT的計(jì)算式

將式（18）代入式（14），且當(dāng)N較大、λ較小時(shí)，可以得到最小的RT業(yè)務(wù)接入時(shí)延DminRT（tRT）為

DminRT（tRT）＝eG（tRT）＋λrβ（λr＋λβ）·

式中，G（tRT）＝NλV0（tRT），表示對(duì)應(yīng)最小接入時(shí)延DminRT（t）的最優(yōu)業(yè)務(wù)到達(dá)量。

4.3.2 NRT業(yè)務(wù)的最佳頻譜檢測(cè)時(shí)間

由式（10）可知，當(dāng)PU業(yè)務(wù)的到達(dá)率恒定時(shí)，吞吐量SNRT（t）的取值同樣與虛假報(bào)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(duì)V0求導(dǎo)，即令dSNRT（t）／dV0＝0，可以得到

其中，當(dāng)λ取值較小時(shí)，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(cè)時(shí)間tNRT的計(jì)算式：

將式（22）代入式（10），當(dāng)N較大、λ較小時(shí)，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(duì)應(yīng)于最大吞吐量SmaxNRT（tNRT）的最優(yōu)業(yè)務(wù)到達(dá)量。

5 A-MAC性能仿真

為了模擬真實(shí)信道情況下的A-MAC性能，并參照文獻(xiàn)［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(gè)長度Td＝2 ms數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙和一個(gè)長度Ts＝2 ms頻譜偵聽時(shí)隙；SU從主基站接收到的信號(hào)的SINRγ＝－13 dB，SU能夠探測(cè)到PU存在的檢測(cè)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(dá)，PU業(yè)務(wù)的空閑及突發(fā)到達(dá)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(dá)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(biāo)。

圖3繪出了NRT業(yè)務(wù)歸一化系統(tǒng)吞吐量與頻譜檢測(cè)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(shí)，從圖中可以看出隨著頻譜檢測(cè)時(shí)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(shí)，NRT業(yè)務(wù)的吞吐量達(dá)到最大。這是由于當(dāng)總的業(yè)務(wù)到達(dá)未達(dá)到飽和時(shí)（認(rèn)知系統(tǒng)的總業(yè)務(wù)到達(dá)率G≤1），頻譜檢測(cè)時(shí)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(shí)，由圖3可以看出隨著頻譜檢測(cè)時(shí)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(dá)率已達(dá)到飽和（G＞1）時(shí)，增加NRT業(yè)務(wù)信道檢測(cè)時(shí)間反而會(huì)增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無法及時(shí)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(cè)時(shí)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(cè)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(shí)，隨著頻譜檢測(cè)時(shí)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(jī)會(huì)，從而數(shù)據(jù)的接入時(shí)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(shí)，同樣由于RT業(yè)務(wù)的到達(dá)率已達(dá)到飽和，由于每個(gè)RT業(yè)務(wù)都需要在發(fā)送前長時(shí)間地檢測(cè)頻譜的使用情況，反而增加了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，使得過多的RT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)由于無法及時(shí)傳輸而被緩存，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)接入時(shí)延的增加。

圖4 RT業(yè)務(wù)平均吞吐量與頻譜檢測(cè)時(shí)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(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的NRT業(yè)務(wù)用戶數(shù)N＜50時(shí)，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(shí)，由于系統(tǒng)的用戶到達(dá)已達(dá)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(cè)時(shí)間恒定取Ts時(shí)，可看出系統(tǒng)的最大吞吐量隨NRT業(yè)務(wù)到達(dá)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(shí)延隨著用戶數(shù)的增加的變化情況。可以看出，隨著RT用戶數(shù)的增加，分組的最小平均接入時(shí)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(shí)延逐漸增加。當(dāng)系統(tǒng)的RT業(yè)務(wù)用戶數(shù)較少時(shí)，兩根曲線的性能一致；而隨著系統(tǒng)的用戶逐漸達(dá)到飽和，當(dāng)頻譜檢測(cè)時(shí)間恒定時(shí)，可以看出分組的接入時(shí)延以指數(shù)形式增長，而對(duì)于所提出A-MAC協(xié)議，分組的接入時(shí)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(shí)延與RT業(yè)務(wù)用戶數(shù)Fig.6 Minimum access delay vs.RT services users

6 結(jié)束語

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(shí)時(shí)業(yè)務(wù)以最小化接入時(shí)延為目的確定最優(yōu)的頻譜檢測(cè)時(shí)長，而非實(shí)時(shí)用戶則以最大化吞吐率為目標(biāo)確定最優(yōu)的頻譜檢測(cè)時(shí)間。結(jié)合具體的業(yè)務(wù)到達(dá)速率和調(diào)度策略，不同業(yè)務(wù)以時(shí)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(cè)時(shí)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(jìn)一步優(yōu)化重傳算法以提高傳輸?shù)男省?/p>

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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(hào)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?yàn)楝F(xiàn)代移動(dòng)通信中的信號(hào)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(xiàng)目（61172071，61102047）；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（2011JQ8027）；陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2013JK1064）；工信部通信軟科學(xué)項(xiàng)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?yàn)橄乱淮鸁o線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)、協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)等；

10.3969／j.issn.1001－893x.2013.07.011

2013－02－07；

2013－05－10