CN103458423B - 异构认知无线网络间传输认知流的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提出一种异构认知无线网络间传输认知流的方法、装置和系统。第一D2D边界网关与第二D2D边界网关之间具有D2D链接；第一异构认知无线网络，用于将认知流传递至第一D2D边界网关；第一D2D边界网关，用于基于所述D2D链接将所述认知流传递至第二D2D边界网关；第二D2D边界网关，用于将所述认知流传递至第二异构认知无线网络的认知流接收节点。本发明实施方式达到认知信息在异构网络间的高效传输，并提升频谱利用效率。

Description

异构认知无线网络间传输认知流的方法、装置和系统

技术领域

本发明实施方式涉及认知无线电技术领域，更具体地，涉及一种异构认知无线网络间传输认知流的方法、装置和系统。

背景技术

认知无线电（CognitiveRadio,CR）作为一种智能的频谱接入技术，能够依靠频谱感知技术检测周围无线通信环境，并根据一定的学习推理算法，获取周围的频谱使用信息。通过软件无线电功能实时地改变系统工作参数，达到在时间上、频谱上以及空间上进行多维的频谱复用，提高频谱利用率。具备认知无线电能力的认知节点（CognitiveNode）感知周围的通信参数，包括授权用户（PrimaryUser）频谱使用、功率、位置距离等认知信息。在认知无线网络（CRNetworks）中，各认知节点之间、认知节点与网络控制中心之间互相交互认知信息，通过一定的频谱、功率资源分配算法优化整网的系统调度，使各认知节点有序统一的合作，提高系统容量。

目前，针对认知无线网络的研究重点基本在频谱感知技术、资源优化、接入控制等，而进行认知无线网络特别是异构认知无线网络资源优化、接入控制的基础是认知信息。认知信息包括用户环境信息、无线环境信息、网络环境信息等。通过认知信息的有效传递和共享实现资源优化。

通常，传统的认知信息传递方式可以通过专有信道传输或直接在已有认知无线基础网络上传输。传统的建立专有传输通道效率高但资源利用率低，通过在已有的认知无线网络基础网络上传输资源利用率高但效率低，因此如何建立认知无线网络高效低耗传输是当前需要重点解决的问题，而在对于认知信息的高效低耗传输目前还缺乏研究。

在现有的异构认知无线网络间认知流的传输方法，通常采用专有信道和在已有的基础网络上直接进行传输，其各自的缺点如下：

1.采用专有信道建立的传输平台代价较大，需要占用额外的频谱资源以及调度控制信令等。认知无线网络解决的目标即是提高频谱利用率，通过开辟专有信道传输认知流信息却需要额外占用频谱资源，与认知无线网络的目标理念相悖。

2.通过在已有的基础网络进行传输的方式，需要搭载在现有网络上，对现有网络依赖性大。由于在认知无线网络中，认知流信息量大，通过这种方式可能影响到已有的基础网络业务。在网络瘫痪时，认知流作为认知无线网络中重要的认知信息将可能无法得到及时有效的传输。

3.针对异构网络间认知流的传输，未有较好的解决方案。

发明内容

本发明实施方式提出一种异构认知无线网络间传输认知流的方法，以达到认知信息在异构网络间的高效传输，并提升频谱利用效率。

本发明实施方式提出一种异构认知无线网络间传输认知流的装置，以达到认知信息在异构网络间的高效传输，并提升频谱利用效率。

本发明实施方式提出一种异构认知无线网络间传输认知流的系统，以达到认知信息在异构网络间的高效传输，并提升频谱利用效率

本发明实施方式的技术方案如下：

一种异构认知无线网络间传输认知流的系统，该系统包括第一异构认知无线网络和第二异构认知无线网络，其中第一异构认知无线网络内配置有第一设备至设备D2D边界网关；第二异构认知无线网络内配置有第二D2D边界网关；第一D2D边界网关与第二D2D边界网关之间具有D2D链接；

第一异构认知无线网络，用于将认知流传递至第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关，用于基于所述D2D链接将所述认知流传递至第二D2D边界网关；

第二D2D边界网关，用于将所述认知流传递至第二异构认知无线网络的认知流接收节点。

所述第一D2D边界网关部署于认知无线电模块之上，其中该认知无线电模块，用于为第一D2D边界网关提供频谱资源的检测功能以检测空闲频谱，并为第一D2D边界网关提供空闲频谱信息；接收并执行来自第一D2D边界网关的信道控制，为第一D2D边界网关完成认知流的发送和接收；

所述第一D2D边界网关包括D2D认知接口模块、D2D链路传输管理模块和D2D自适应表征模块；

D2D认知接口模块，作为第一D2D边界网关和认知无线电模块的交互接口，用于在第一D2D边界网关与认知无线电模块之间传递频谱检测信息、功率频谱控制信息以及认知流；

D2D链路传输管理模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理以及认知流的链路封装和解封装；

D2D自适应表征模块，用于处理认知流在第一异构认知无线网络和第二异构认知无线网络之间传输的信息表征协商以及认知流的表征封装和解封装。

所述D2D认知接口模块包含控制接口子模块与数据接口子模块，其中：

控制接口子模块，用于通过认知无线电模块获取频谱感知信息以及向认知无线电模块下发频谱功率控制信息；

数据接口子模块，用于从认知无线电模块接收外界传来的认知流；以及将需要发送的认知流数据传递给认知无线电模块进行发送。

该系统进一步包括第三异构认知无线网络、第四异构认知无线网络...直至第N异构认知无线网络，其中N大于等于3。

一种异构认知无线网络间传输认知流的方法，该方法包括：

建立第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间的D2D链接，并且在第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间进行表征协商，其中第一D2D边界网关被配置在第一异构认知无线网络内；第二D2D边界网关被配置在第二异构认知无线网络内；

第一D2D边界网关采集第一异构认知无线网络的认知流，并根据所述表征协商结果及所述D2D链接的链路信息对所述认知流进行封装，并通过所述D2D链接将封装后的认知流发送到第二D2D边界网关；

第二D2D边界网关解析所述封装后的认知流，并将解析出的认知流在第二异构认知无线网络内进行传输。

所述建立第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间的D2D链接包括：

第一D2D边界网关采用广播或单播的方式通过专用信道向第二D2D边界网关发送D2D链路建立请求消息，在所述D2D链路建立请求消息中包含第一异构认知无线网络的可用频谱、认知流流量以及可用功率信息；

第二D2D边界网关在收到所述D2D链路建立请求消息后，结合本地的频谱信息以及所述D2D链路建立请求消息选择工作参数；

第二D2D边界网关将选择的工作参数封装在链路响应信息中，并将所述链路响应信息发送给第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关从所述链路响应信息中解析出工作参数，并根据所述工作参数建立与第二D2D边界网关之间的D2D链接。

所述在第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间进行表征协商包括：

第一D2D边界网关向第二D2D边界网关发送表征协商请求，在所述表征协商请求中包含第一D2D边界网关所支持的表征方法；

第二D2D边界网关根据自身所支持的表征方法以及第一D2D边界网关所支持的表征方法确定协商结果表征方法，并且所述协商结果表征方法发送到第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关向所述第二D2D边界网关发送确认响应。

一种异构认知无线网络间传输认知流的装置，该装置在第一异构认知无线网络中，且该装置被布置在认知无线电模块之上；该装置与位于第二异构认知无线网络的D2D边界网关具有D2D链接；

该认知无线电模块，用于为所述装置提供频谱资源的检测功能以检测空闲频谱，并为所述装置提供空闲频谱信息；接收并执行来自所述装置的信道控制，为所述装置完成认知流的发送和接收；

所述装置包括D2D认知接口模块、D2D链路传输管理模块和D2D自适应表征模块；

D2D认知接口模块，作为所述装置和认知无线电模块的交互接口，用于在所述装置与认知无线电模块之间传递频谱检测信息、功率频谱控制信息以及认知流；

D2D链路传输管理模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理以及认知流的链路封装和解封装；

D2D自适应表征模块，用于处理认知流在第一异构认知无线网络与第二异构认知无线网络之间传输的信息表征协商以及认知流的表征封装和解封装。

所述D2D认知接口模块包含控制接口子模块与数据接口子模块，其中：

控制接口子模块，用于通过认知无线电模块获取频谱感知信息以及向认知无线电模块下发频谱功率控制信息；

数据接口子模块，用于从认知无线电模块接收外界传来的认知流；以及将需要发送的认知流数据发送给认知无线电模块进行发送。

所述D2D链路传输管理模块包括链路管理子模块和链路封装与解封装子模块；

所述链路管理子模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理；

所述链路封装与解封装子模块，用于在发送认知流时根据所述D2D链路的链路信息对表征封装后的认知流信息进行链路封装；并在接收到认知流时根据所述D2D链路的链路信息对接收到的认知流进行解封装。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，该系统包括第一异构认知无线网络和第二异构认知无线网络，其中第一异构认知无线网络内配置有第一设备至设备D2D边界网关；第二异构认知无线网络内配置有第二D2D边界网关；第一D2D边界网关与第二D2D边界网关之间具有D2D链接；第一异构认知无线网络，用于将认知流传递至第一D2D边界网关；第一D2D边界网关，用于基于所述D2D链接将所述认知流传递至第二D2D边界网关；第二D2D边界网关，用于将所述认知流传递至第二异构认知无线网络的认知流接收节点。由此可见，在本发明实施方式中，基于认知无线电技术，针对现有的异构网络间认知信息共享效率低，频谱利用率低的现状，提出一种基于D2D的异构认知无线网络间的认知流传输解决方案，达到认知信息在异构网络间的高效传输，实现异构认知无线网络的无缝融合，并提升频谱利用效率。更具体地，本发明至少具有下列优点：

1.高效利用频谱资源：基于认知的D2D边界网关通过感知和利用空闲频谱资源可以有效提高频谱资源的利用率。

2.快速认知流传输：D2D直接认知流传输无需经过网络基础设施，减少了传统依赖网络传输中的数据转发次数，能够明显减少认知流传输时延。

3.减轻网络负载：D2D直接认知流传输无需经过网络基础设施，减轻了认知无线网络基础设施（如基站、AP等）负载，节省了网络的频谱资源。

4.实现异构网络兼容：所提的D2D边界网关设备重点考虑了异构网络间认知流传输的兼容问题，可实现认知流在异构网络间进行有效兼容。

5.更灵活和健壮的认知流传输：基于D2D的认知流传输方式采用点到点自组织形式构建传输网络，相比传统的通过基础网络建立的传输网络，具有更强的灵活性。另外的，传统的基础网络内部业务传输可能影响到认知流的传输，如基础网络瘫痪，认知流将无法得到有效的传输。因此采用D2D形式的认知流传输方式具有更强的健壮性。

附图说明

图1为根据本发明异构认知无线网络间传输认知流的系统结构图；

图2为根据本发明异构认知无线网络间传输认知流的方法流程图。

图3为根据本发明异构认知无线网络间传输认知流的装置结构图。

图4为根据本发明D2D边界网关示范性结构图。

图5为根据本发明D2D认知接口模块工作原理图。

图6为根据本发明提交的频谱资源信息图。

图7为根据本发明认知流D2D传输干扰图。

图8为根据本发明D2D边界网关链路建立协商图。

图9为根据本发明D2D链路信息表。

图10为根据本发明D2D链路变更协商流程图。

图11为根据本发明认知流报文链路封装格式图。

图12为根据本发明认知流表征协商流程图。

图13为根据本发明认知流表征封装格式图。

图14为根据本发明认知流发送端发送流程图。

图15为根据本发明认知流接收端接收流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

在本发明实施方式中，提出一种基于设备至设备（Device-to-Device，D2D）的异构认知无线网络间的认知流传输解决方案。

本发明基于认知无线电技术，针对现有的异构网络间认知信息共享效率低，频谱利用率低的现状，提出了认知信息在各个异构无线网络间通过D2D边界网关传输的新方法，达到认知信息在异构网络间的高效传输，实现异构认知无线网络的无缝融合，并提升频谱利用效率。

在本发明实施方式中，通过在异构认知无线网络间部署D2D边界网关实现认知流在异构网络间的有效传输。

异构，即不同的网络，包括不同的通信制式、网络结构、覆盖范围等。本发明实施方式通过在不同的网络之间部署D2D网关实现不同的网络间认知信息的互通。

D2D通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区频谱资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。同样的，在认知无线网络环境中，各认知终端通过感知周围频谱环境，在保障不对授权频谱用户造成干扰的情况下使用该授权频谱，也可提高频谱的利用率。因此，在认知无线网络环境中，D2D技术更易部署实施，通过该技术建立终端节点之间的链路通信可以为认知无线网络环境中认知信息的传递和共享即认知流的传输提供有效的平台，减轻网络信息传输的负担。

传统的认知流传递方式通常是利用专有的传输通道，如CPC导频信道，以及利用已有的基础网络通过集中式的方式传递于基站，由基站设备负责进一步的转发和传输。通过专有的传输通道建立的传输平台虽然具有链路稳定、易于调度、各网络间认知流信息格式统一等特点，但其缺点是建立专有传输平台代价大，需要占用额外频谱资源以及控制调度资源。采用集中式的搭载在原有基础网络上的传输平台，虽然可以直接利用已有的基础网络传输平台，并且由于各个异构网络间信息转换通常在已有的基础网络网关上可以直接实现转换，无需额外的认知流异构兼容考虑，但是其传输受到了已有基础网络平台的负载限制，在网络负载严重时，认知流的传输可能得不到保障，或可影响到原有基础网络的数据通信。并且，在网络瘫痪情况下，认知流传输通道也将受到影响。可见，在原有基础网络传输认知流，其灵活性和健壮性显然不够。

认知信息作为认知无线网络中最为重要的数据信息，是灵活频谱利用和高效组网的前提，其传输应该得到有效的保障。各异构网络间认知信息量大、类型多而复杂、兼容性差、信息不稳定的特点，因此有必要设计一种支持认知流在异构网络间进行传输解决方案。

因此，本发明提出了一种解决方案，通过在异构网络间部署D2D边界网关实现认知流在异构认知无线网络间的有效传递和共享。

图1为根据本发明异构认知无线网络间传输认知流的系统结构图。

如图1所示，在一个无线网络区域内存在两个异构认知无线网络，分别为网络1和网络2。

在异构认知无线网络间需要通过认知流的相互传递完成各个异构网络间如用户环境、无线环境、网络环境等的共享以支持异构网络间的整体性能优化。在网络1内具有D2D边界网关1，在网络2内具有D2D边界网关2和D2D边界网关3，通过这些D2D边界网关实现网络1和网络2间认知信息的转发共享。

各个D2D边界网关负责本网内所有认知流的外网转发以及接收外网发送至本网的认知流，即负责认知流的网间转发以及转换适配任务。其基本过程是：在网络内部各认知节点将认知流通过诸如D2D自组织方式等多种方式传递至D2D边界网关，由D2D边界网关进一步将认知流传递至对端网络D2D边界网关，再由对端网络D2D边界网关传递至对端网络的认知流接收节点。

其中，在一个异构认知无线网络内可以布置多个D2D边界网关，这些多个D2D边界网关既可以协同工作，也可以互为备份。

在图1中示范性示出两个异构网络，实际上本发明可以适用于于多个异构网络，并且可以在任意两个异构网络之间传输认知流。此时，该系统进一步包括第三异构认知无线网络、第四异构认知无线网络…直至第N异构认知无线网络，其中N大于等于3，此时可以基于上述方式在任意两个异构网络之间传输认知流。

下面分别从D2D边界网关的模块结构图以及认知流在D2D边界网关间的传输方法两个方面进行详细介绍。

图2为根据本发明异构认知无线网络间传输认知流的方法流程图。

如图2所示，该方法包括：

步骤201：建立第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间的D2D链接，并且在第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间进行表征协商，其中第一D2D边界网关被配置在第一异构认知无线网络内；第二D2D边界网关被配置在第二异构认知无线网络内。

在这里，建立第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间的D2D链接包括：

第一D2D边界网关采用广播或单播的方式通过专用信道向第二D2D边界网关发送D2D链路建立请求消息，在所述D2D链路建立请求消息中包含第一异构认知无线网络的可用频谱、认知流流量以及可用功率信息；

第二D2D边界网关在收到所述D2D链路建立请求消息后，结合本地的频谱信息以及所述D2D链路建立请求消息选择工作参数；

第二D2D边界网关将选择的工作参数封装在链路响应信息中，并将所述链路响应信息发送给第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关从所述链路响应信息中解析出工作参数，并根据所述工作参数建立与第二D2D边界网关之间的D2D链接。

而且，在第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间进行表征协商包括：

第一D2D边界网关向第二D2D边界网关发送表征协商请求，在所述表征协商请求中包含第一D2D边界网关所支持的表征方法；

第二D2D边界网关根据自身所支持的表征方法以及第一D2D边界网关所支持的表征方法确定协商结果表征方法，并且所述协商结果表征方法发送到第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关向所述第二D2D边界网关发送确认响应。

步骤202：第一D2D边界网关采集第一异构认知无线网络的认知流，并根据所述表征协商结果及所述D2D链接的链路信息对所述认知流进行封装，并通过所述D2D链接将封装后的认知流发送到第二D2D边界网关。

步骤203：第二D2D边界网关解析所述封装后的认知流，并将解析出的认知流在第二异构认知无线网络内进行传输。

图3为根据本发明异构认知无线网络间传输认知流的装置结构图。

该装置在第一异构认知无线网络中，且该装置被布置在认知无线电模块之上；该装置与位于第二异构认知无线网络的D2D边界网关具有D2D链接；

该认知无线电模块，用于为所述装置提供频谱资源的检测功能以检测空闲频谱，并为所述装置提供空闲频谱信息；接收并执行来自所述装置的信道控制，为所述装置完成认知流的发送和接收；

所述装置包括D2D认知接口模块、D2D链路传输管理模块和D2D自适应表征模块；其中：

D2D认知接口模块，作为所述装置和认知无线电模块的交互接口，用于在所述装置与认知无线电模块之间传递频谱检测信息、功率频谱控制信息以及认知流；

D2D链路传输管理模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理以及认知流的链路封装和解封装；

D2D自适应表征模块，用于处理认知流在第一异构认知无线网络与第二异构认知无线网络之间传输的信息表征协商以及认知流的表征封装和解封装。

在一个实施方式中：

所述D2D认知接口模块包含控制接口子模块与数据接口子模块，其中：

控制接口子模块，用于通过认知无线电模块获取频谱感知信息以及向认知无线电模块下发频谱功率控制信息；

数据接口子模块，用于从认知无线电模块接收外界传来的认知流；以及将需要发送的认知流数据发送给认知无线电模块进行发送。

在一个实施方式中：

所述D2D链路传输管理模块包括链路管理子模块和链路封装与解封装子模块；其中：

所述链路管理子模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理；

所述链路封装与解封装子模块，用于在发送认知流时根据所述D2D链路的链路信息对表征封装后的认知流信息进行链路封装；并在接收到认知流时根据所述D2D链路的链路信息对接收到的认知流进行解封装。

图4为根据本发明D2D边界网关示范性结构图。

如图4所示，D2D边界网关之间采用点到点之间通信方式，D2D边界网关1与网关2各处于网络1和网络2中。D2D边界网关内部具体包括D2D认知接口模块、D2D链路传输管理模块以及的D2D自适应表征模块。D2D边界网关内部各模块之间上下相互作用，互相提供信息，共同完成认知流传输的控制与传递，D2D边界网关通过直接工作于认知无线电模块。

下面分别详细介绍各模块的工作过程。

1.D2D认知接口模块：

认知流在各异构无线网络间传输完成认知信息的共享。因此，区别于传统的D2D装置，支持认知流传输的D2D边界网关通过D2D认知接口模块直接工作于认知无线电功能模块上，利用认知无线电的频谱感知、功率控制等功能，实现对网络频谱资源的认知，并通过软件无线电的功率控制功能保障不对现有网络频谱使用者造成影响，以及通过认知无线电模块完成认知流报文的发送与接收。

所述的D2D认知接口模块可以包含控制接口子模块与数据接口子模块，如图5所示：

其中控制接口子模块负责通过认知无线电模块获取频谱感知信息以及向认知无线电模块下发频谱功率控制信息。控制接口通过获取到的频谱感知信息搜集到周围可用的频谱信息，向D2D链路传输管理模块提交可用的频谱资源信息，供其进行链路协商，提交的信息包括：频段、干扰对象、干扰温度、最大功率以及传输速率，如图6所示。

频段即可使用的频谱资源；干扰对象即使用该频谱资源可能会干扰到的用户，如网关1在使用频段1进行发送的时候可能对用户1造成干扰；干扰温度即最大可以干扰的程度是多少，也就是用户1可以接受的最大干扰是多少，干扰必须控制在多少范围内可以不影响用户1的数据通信；最大功率即使用该频谱资源时可以设置的最大功率；传输速率即可获得的最大传输速率。D2D认知接口模块向D2D链路传输管理模块提供这些信息供其建立D2D链路协商，具体协商过程我们将在D2D链路传输管理模块中进行介绍。

在链路协商完成后由D2D链路传输管理模块将D2D链路建立时具体的频谱、功率控制信息下发给控制接口，由控制接口再下发给认知无线电模块。控制接口模块在获取频谱感知信息时起到过滤、判断的作用，当认知无线电模块重复提交频谱感知信息时，控制接口模块将过滤该感知信息，并仅向D2D接口模块提交频谱资源状态的变更信息。

D2D认知接口模块的数据接口子模块完成认知流数据的收发。从认知无线电模块接收外界传来的认知流；以及从D2D链路传输管理模块获取需要发送的认知流数据并递交给认知无线电模块进行发送。

2.D2D链路传输管理模块：

D2D链路传输管理模块是D2D边界网关的核心模块，负责D2D链路的建立、变更与管理以及认知流报文的收发。具体可以包括链路管理子模块与链路封装与解封装子模块。

（1）链路管理子模块

链路管理子模块负责认知流D2D传输链路的建立、变更与管理，即完成认知流传输链路的控制功能。

关于D2D传输链路的建立：

D2D边界网关之间根据所载荷的认知流信息、功率资源以及由D2D认知接口模块传送的频谱资源等信息建立D2D链路，为认知流提供信息传输通道。在建立D2D传输链路之前，D2D边界网关之间根据所述的载荷的认知流信息、无线网络环境（频谱资源信息）、功率资源等因素进行链路协商，其基本协商过程如图8。

如图8所示，D2D边界网关链路协商过程分为上述四个步骤：请求、参数选择、响应、确认响应。

1)请求（广播或单播）：认知流发送的源端（D2D边界网关1）可以采用广播或单播的方式通过专用信道（如CPC导频信道）向外发送D2D链路建立请求消息。如果认知流发送的源端（D2D边界网关1）已保存目标认知流发送目的端时，则可以直接发送单播报文至目的端，该单播报文中直接包含了目的端设备标识。如发送的单播D2D请求报文无响应或者认知流发送源端未知认知流发送目的端，则通过广播报文发送请求信息。该广播报文中携带了认知流发送的目标网络节点信息。在D2D链路协商请求信息中包含了认知流发送源端（D2D边界网关1）的可用频谱、认知流流量以及可用功率等信息。采用广播发送请求报文，D2D边界网关2和D2D边界网关3都可以接收到请求报文。

2)参数选择：D2D边界网关在收到认知流发送源端（D2D边界网关1）的请求信息后，如果是单播报文且目的端设备标识与本设备相同，则直接接收该请求报文。如收到的是广播报文且携带的认知流发送的目标网络节点信息在本网关设备所处的网络内，则直接接收该请求报文。如图所示的，如果D2D边界网关1发送的为广播请求报文，则D2D边界网关2和网关3都可以接收到该请求报文。在接收到请求报文后，D2D边界网关结合本地的频谱信息以及请求信息中携带的如认知流流量信息、频谱信息以及功率信息等选择合适的工作参数：工作频段、功率以及传输速率。可以同时选择多路工作频段。所选择的工作频段与D2D边界网关1共同支持的工作频段，其发送功率需要满足不对现有频谱使用造成影响，其传输速率需要大于认知流流量。

3)响应：D2D边界网关2或3根据选择后的信道频谱信息，将最终的信道频谱信息、功率发送控制信息发送给D2D边界网关1响应请求；如未找到合适的频谱信息则不作响应。

4)确认响应：D2D边界网关1根据收到的链路响应信息选择传输速率最快的链路进行传递，如选择网关2建立D2D链路，并发送确认响应信息。如若未收到任何响应，则继续使用广播报文间隔一段时间不断发送。

D2D边界网关1在发送确认响应后，向D2D边界网关2发送认知流。认知流收发的源端和目的端各自保存建立的D2D链路信息表项。

保存的D2D链路信息表项内容包括：目标网络标识、目标网络D2D边界网关标识、目标D2D边界网关位置、信道容量、传输能耗、干扰强度以及可扩展选项等信息，具体参考图9所示。

在下次建立D2D链路时优先从本地保存的D2D链路信息表项中选择对应的目标网关发送请求建立D2D链路。

关于D2D链路变更：

D2D边界网关之间在建立认知流D2D传输链路后需要进一步跟踪管理D2D传输链路。D2D传输链路所使用的频谱是通过认知获得的可用空闲频谱资源，当该空闲频谱所属的授权网络用户使用该频谱时，D2D传输链路需要让出该频谱资源，需要对D2D链路进行变更。D2D链路变更原因还包括认知流流量变化引起的D2D传输速率无法满足或者富余时、无线网络环境变化等因素引起的D2D链路变更，具体过程如图10。

如图10所示，D2D链路变更的发起者可能是D2D链路的发送端（如D2D边界网关1），也可能是D2D链路的目的端（如D2D边界网关2）。D2D链路变更过程包括：变更请求、变更参数选择、变更响应以及变更确认四个环节。区别与D2D链路建立过程，在D2D链路变更过程中发送的请求报文为单播报文。由于D2D边界网关所使用的频谱为认知频谱，如果在变更时目的端无空闲频谱，无法建立链路，则将通过步骤5发送变更失败响应。在D2D边界网关1收到变更失败响应（或发出失败变更响应）后，将采用广播模式发送D2D链路建立请求，再次进入D2D链路建立过程。

在完成D2D链路变更后，认知流收发的双方更新本地已有的D2D链路信息表项。

（2）链路封装与解封装子模块

在D2D链路建立之后，认知流开始执行发送与接收，需要完成对认知流报文的封装与解封装。在D2D链路传输管理模块完成认知流报文的链路封装与解封装。在封装过程中，D2D链路传输管理模块从认知流的D2D自适应表征模块接收到已完成表征的认知流信息，并进行进一步封装后递交至D2D认知接口模块，其封装报文的格式如图11所示。

参照图11，报文内部各字段含义具体说明如下：

源D2D边界网关节点标识：标识认知流传输的源D2D边界网关节点标识；

源认知流传输节点：标识认知传输的源节点标识；

目标D2D边界网关节点标识：标识认知流传输的目标D2D边界网关节点标识；

目标认知流传输节点：标识认知流传输的目标节点标识；

源端口号：标识发送节点的源端口号；

目标端口号：标识目标节点的目标端口号；

可选项：为可扩展选项；

头部长度：标识该模块封装的除数据以外的头部报文长度；

校验和：校验和代表的是该模块封装后的所有数据的校验和；

数据：如图所示，数据为认知流的D2D自适应表征模块封装后的认知流信息。

在D2D链路传输管理模块从D2D认知接口模块接收到认知流报文后，根据本地保存的D2D链路信息校验该认知流报文，比对各字段信息，若与本地保存信息不一致，则直接丢弃报文，如一致，则去除链路报文头部后提交至认知流的D2D自适应表征模块。

（3）D2D自适应表征模块：

D2D自适应表征包括表征协商子模块和表征封装和解封装子模块，各自负责认知流在异构认知无线网络间传输的信息表征协商以及认知流的表征封装和解封装。

在异构认知无线网络间，各网络实体所支持的认知流的表征格式可能不相同。通信的D2D边界网关处于不同的网络间可能所支持的对认知流的表征格式多种多样，因此在传输认知流前需要对认知流进行表征协商，其协商过程如图12所示。

经过表征协商后，D2D边界网关保存各网络目标D2D边界网关的认知流表征方法，在后面的认知流传递中按照对应的表征格式进行表征。

表征封装和解封装子模块负责在认知流发送前的表征封装以及接收报文后的解封装。认知流在发送前根据协商后的表征格式对认知流进行表征，经过表征后加上表征格式头部以及最后的校验和如图13所示。

本发明不规定具体的表征格式编号方法、表征方法以及最后的校验和形成方法。经过表征封装后的认知流数据传送至D2D链路管理模块进一步封装后通过认知无线电模块进行发送。

在D2D边界网关的接收端（D2D边界网关2）的认知流的D2D自适应表征模块接收到从D2D链路管理模块提交的认知流信息后，验证校验和查看该认知流信息是否有错误。若无错误则根据表征格式编号查看与本地协商的格式是否相同，若相同，则利用对应的表征格式对认知流数据进行解封装。

下面再对认知流在D2D边界网关间的传输方法进行详细说明。

依据所述的D2D边界网关的模块结构，认知流在异构网络间通过2个对等的D2D边界网关之间进行传输。本专利仅关注认知流在2个对等的D2D边界网关间的传输，认知流在各个网络内部可以通过自组织传输方式传输到D2D边界网关。

认知流在D2D边界网关间的传输方法可以归结为以下几个重要步骤：D2D链路建立、认知流传输表征自适应协商以及认知流封装传输三个环节，其具体流程包括认知流发送端发送流程以及认知流接收端接收流程如下描述。

图14描述了D2D边界网关发送端的认知流发送流程。

如图14所示，其中：

在认知流发送的源端D2D边界网关上，接收到来自本网内部其他节点发送来的认知流信息。根据该认知流需要发送的目标网络，查询本地是否已建立至目标D2D边界网关的D2D传输链路。若未建立D2D链路，则进入D2D链路建立流程（见D2D链路建立相关描述），完成D2D链路建立的协商。在D2D链路建立之后，确定是否完成认知流表征协商（见认知流表征协商相关描述），若未进行表征协商。在表征协商完成之后，由D2D自适应表征模块根据表征协商的表征格式，对认知流进行表征封装（见表征封装方法）。

在完成表征封装之后，由D2D自适应表征模块将表征封装后的认知流传送至D2D链路传送管理模块。D2D链路传输管理模块根据协商好的D2D链路通道对认知流进行链路封装后传送至D2D认知接口模块，由D2D认知接口模块进一步传送至认知无线电模块后，经由认知无线电模块进行发送。

图15为根据本发明认知流接收端接收流程示意图。

如图15所示，D2D边界网关2（接收端）的认知无线电模块监听并接收到认知流后，提交至D2D链路传输管理模块。D2D链路传输管理模块根据收到的认知流报文中的各个字段判断报文的合法性，比对其目标D2D边界网关节点标识，确定是否为本设备报文合法报文，若非合法报文则直接丢弃该报文。若为合法报文则对报文进行解封装后去除报文头部，进一步提交至D2D自适应表征模块。

D2D自适应表征模块通过对表征封装后的认知流进行校验，若与校验和相一致，若非一致，则为错误报文，直接丢弃报文。若合法则进一步根据前面的表征格式对认知流信息进行解封装后转发至对应的用户。

可见，本发明通过在异构网络间部署D2D边界网关，实现异构网络间认知信息的转发共享。所述的D2D边界网关负责本网内所有认知流的外网转发以及接收外网发送至本网的认知流，即负责认知流的网间转发以及转换适配任务。其基本过程是：在网络内部各认知节点将认知流通过D2D自组织方式传递至D2D边界网关，由D2D边界网关进一步将认知流传递至对端网络D2D边界网关，再由对端网络D2D边界网关传递至对端网络的认知流接收节点。

在一个实施方式中：

所述的D2D边界网关直接部署于异构网络边界节点的认知无线电模块之上，可以较好兼容并利用认知无线电功能；所述的D2D边界网关内部包括D2D认知接口模块、D2D链路传输管理模块、D2D认知接口模块。所述的装置与认知无线电模块之间通过D2D认知接口模块连接。所述的D2D边界网关设备采用D2D工作模式，通过认知无线电功能复用空闲频谱建立D2D链路，为异构网络间认知信息提供传输通道。

在一个实施方式中：

所述的D2D认知接口模块所述的D2D认知接口模块又包含控制接口子模块与数据接口子模块。分别负责通过认知无线电模块获取频谱感知信息以及向认知无线电模块下发频谱功率控制信息，以及完成认知流数据的收发。

在一个实施方式中：

所述的D2D链路传输管理模块具体包括链路管理子模块和链路封装与解封装子模块。而且所述的链路管理子模块负责认知流D2D传输链路的建立、变更与管理，即完成认知流传输链路的控制功能。所述的链路封装与解封装子模块在D2D边界网关1认知流发送时根据D2D链路建立的信息对表征封装后的认知流信息进行链路封装；在D2D边界网关2接收到认知流时根据建立的D2D链路进行解封装。

在一个实施方式中：

所述的D2D传输链路建立流程包括请求、参数选择、响应以及确认响应四个步骤。在发送D2D链路建立请求过程中，如果本地已保存目的边界网关信息时则直接单播报文发送，并在单播报文中携带目的边界网关标识。如未收到响应或本地未保存目的边界网关标识，则通过广播发送D2D链路请求报文。在收到D2D链路请求报文时，在参数选择中需要根据D2D边界网关的频谱、功率以及认知流流量等信息选择合适的频谱、功率，保障不对已有网络造成影响。D2D链路建立源端在收到的响应中选择速率最高的链路进行传递。

在一个实施方式中：

所述的D2D链路支持在认知无线网络环境中频谱、认知信息多变的情况下，进行链路变更协商，变更D2D的传输通道。D2D链路变更的流程包括变更请求、变更参数选择、变更响应以及变更确认四个步骤。如果变更失败，则可重新进入D2D链路建立过程。

在一个实施方式中：

所述的认知流的D2D自适应表征模块，支持在认知流传输前进行自适应的表征协商，在协商完成后。在D2D边界网关发送端发送认知流时根据协商后的认知流表征格式进行表征封装；在D2D边界网关接收端接收到认知流时根据协商后的认知流表征格式进行解封装。

综上所述，从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，该系统包括第一异构认知无线网络和第二异构认知无线网络，其中第一异构认知无线网络内配置有第一设备至设备D2D边界网关；第二异构认知无线网络内配置有第二D2D边界网关；第一D2D边界网关与第二D2D边界网关之间具有D2D链接；第一异构认知无线网络，用于通过D2D自组织方式将认知流传递至第一D2D边界网关；第一D2D边界网关，用于基于所述D2D链接将所述认知流传递至第二D2D边界网关；第二D2D边界网关，用于将所述认知流传递至第二异构认知无线网络的认知流接收节点。由此可见，在本发明实施方式中，基于认知无线电技术，针对现有的异构网络间认知信息共享效率低，频谱利用率低的现状，提出一种基于D2D的异构认知无线网络间的认知流传输解决方案，达到认知信息在异构网络间的高效传输，实现异构认知无线网络的无缝融合，并提升频谱利用效率。

更具体地，本发明至少具有下列优点：

1.高效利用频谱资源：基于认知的D2D边界网关通过感知和利用空闲频谱资源可以有效提高频谱资源的利用率。

2.快速认知流传输：D2D直接认知流传输无需经过网络基础设施，减少了传统依赖网络传输中的数据转发次数，能够明显减少认知流传输时延。

3.减轻网络负载：D2D直接认知流传输无需经过网络基础设施，减轻了认知无线网络基础设施（如基站、AP等）负载，节省了网络的频谱资源。

4.实现异构网络兼容：所提的D2D边界网关设备重点考虑了异构网络间认知流传输的兼容问题，可实现认知流在异构网络间进行有效兼容。

5.更灵活和健壮的认知流传输：基于D2D的认知流传输方式采用点到点自组织形式构建传输网络，相比传统的通过基础网络建立的传输网络，具有更强的灵活性。另外的，传统的基础网络内部业务传输可能影响到认知流的传输，如基础网络瘫痪，认知流将无法得到有效的传输。因此采用D2D形式的认知流传输方式具有更强的健壮性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种异构认知无线网络间传输认知流的系统，其特征在于，该系统包括第一异构认知无线网络和第二异构认知无线网络，其中第一异构认知无线网络内配置有第一设备至设备D2D边界网关；第二异构认知无线网络内配置有第二D2D边界网关；第一D2D边界网关与第二D2D边界网关之间具有D2D链接；

第一异构认知无线网络，用于将认知流传递至第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关，用于基于所述D2D链接将所述认知流传递至第二D2D边界网关；

第二D2D边界网关，用于将所述认知流传递至第二异构认知无线网络的认知流接收节点；

所述第一D2D边界网关部署于认知无线电模块之上，其中该认知无线电模块，用于为第一D2D边界网关提供频谱资源的检测功能以检测空闲频谱，并为第一D2D边界网关提供空闲频谱信息；接收并执行来自第一D2D边界网关的信道控制，为第一D2D边界网关完成认知流的发送和接收；

所述第一D2D边界网关包括D2D认知接口模块、D2D链路传输管理模块和D2D自适应表征模块；

D2D认知接口模块，作为第一D2D边界网关和认知无线电模块的交互接口，用于在第一D2D边界网关与认知无线电模块之间传递频谱检测信息、功率频谱控制信息以及认知流；

D2D链路传输管理模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理以及认知流的链路封装和解封装；

D2D自适应表征模块，用于处理认知流在第一异构认知无线网络和第二异构认知无线网络之间传输的信息表征协商以及认知流的表征封装和解封装。

2.根据权利要求1所述的异构认知无线网络间传输认知流的系统，其特征在于，所述D2D认知接口模块包含控制接口子模块与数据接口子模块，其中：

控制接口子模块，用于通过认知无线电模块获取频谱感知信息以及向认知无线电模块下发频谱功率控制信息；

数据接口子模块，用于从认知无线电模块接收外界传来的认知流；以及将需要发送的认知流数据传递给认知无线电模块进行发送。

3.根据权利要求1所述的异构认知无线网络间传输认知流的系统，其特征在于，该系统进一步包括第三异构认知无线网络、第四异构认知无线网络…直至第N异构认知无线网络，其中N为大于或等于3的自然数。

4.一种异构认知无线网络间传输认知流的方法，其特征在于，该方法包括：

建立第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间的D2D链接，并且在第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间进行表征协商，其中第一D2D边界网关被配置在第一异构认知无线网络内；第二D2D边界网关被配置在第二异构认知无线网络内；

第一D2D边界网关采集第一异构认知无线网络的认知流，并根据所述表征协商结果及所述D2D链接的链路信息对所述认知流进行封装，并通过所述D2D链接将封装后的认知流发送到第二D2D边界网关；所述根据表征协商结果及D2D链接的链路信息对认知流进行封装包括：根据表征协商结果对认知流进行表征封装；根据D2D链路的链路信息对表征封装后的认知流进行链路封装；

第二D2D边界网关解析所述封装后的认知流，并将解析出的认知流在第二异构认知无线网络内进行传输。

5.根据权利要求4所述的异构认知无线网络间传输认知流的方法，其特征在于，所述建立第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间的D2D链接包括：

第一D2D边界网关采用广播或单播的方式通过专用信道向第二D2D边界网关发送D2D链路建立请求消息，在所述D2D链路建立请求消息中包含第一异构认知无线网络的可用频谱、认知流流量以及可用功率信息；

第二D2D边界网关在收到所述D2D链路建立请求消息后，结合本地的频谱信息以及所述D2D链路建立请求消息选择工作参数；

第二D2D边界网关将选择的工作参数封装在链路响应信息中，并将所述链路响应信息发送给第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关从所述链路响应信息中解析出工作参数，并根据所述工作参数建立与第二D2D边界网关之间的D2D链接。

6.根据权利要求4所述的异构认知无线网络间传输认知流的方法，其特征在于，所述在第一D2D边界网关和第二D2D边界网关之间进行表征协商包括：

第一D2D边界网关向第二D2D边界网关发送表征协商请求，在所述表征协商请求中包含第一D2D边界网关所支持的表征方法；

第二D2D边界网关根据自身所支持的表征方法以及第一D2D边界网关所支持的表征方法确定协商结果表征方法，并且所述协商结果表征方法发送到第一D2D边界网关；

第一D2D边界网关向所述第二D2D边界网关发送确认响应。

7.一种异构认知无线网络间传输认知流的装置，其特征在于，该装置在第一异构认知无线网络中，且该装置被布置在认知无线电模块之上；该装置与位于第二异构认知无线网络的D2D边界网关具有D2D链接；

该认知无线电模块，用于为所述装置提供频谱资源的检测功能以检测空闲频谱，并为所述装置提供空闲频谱信息；接收并执行来自所述装置的信道控制，为所述装置完成认知流的发送和接收；

所述装置包括D2D认知接口模块、D2D链路传输管理模块和D2D自适应表征模块；

D2D认知接口模块，作为所述装置和认知无线电模块的交互接口，用于在所述装置与认知无线电模块之间传递频谱检测信息、功率频谱控制信息以及认知流；

D2D链路传输管理模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理以及认知流的链路封装和解封装；

D2D自适应表征模块，用于处理认知流在第一异构认知无线网络与第二异构认知无线网络之间传输的信息表征协商以及认知流的表征封装和解封装。

8.根据权利要求7所述的异构认知无线网络间传输认知流的装置，其特征在于，所述D2D认知接口模块包含控制接口子模块与数据接口子模块，其中：

控制接口子模块，用于通过认知无线电模块获取频谱感知信息以及向认知无线电模块下发频谱功率控制信息；

数据接口子模块，用于从认知无线电模块接收外界传来的认知流；以及将需要发送的认知流数据发送给认知无线电模块进行发送。

9.根据权利要求7所述的异构认知无线网络间传输认知流的装置，其特征在于，所述D2D链路传输管理模块包括链路管理子模块和链路封装与解封装子模块；其中：

所述链路管理子模块，用于所述D2D链路的建立、变更与管理；

所述链路封装与解封装子模块，用于在发送认知流时根据所述D2D链路的链路信息对表征封装后的认知流信息进行链路封装；并在接收到认知流时根据所述D2D链路的链路信息对接收到的认知流进行解封装。