認(rèn)知無線電綜述

1、認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的MAC層關(guān)鍵技術(shù)層關(guān)鍵技術(shù)摘要：目的：摘要：目的：為了達(dá)到在不干擾授權(quán)用戶的條件下有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)會式頻譜利用，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制MAC層需要在具有傳統(tǒng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，增加一套全新的功能。方法：方法：頻譜檢測管理通過對檢測模式的選取、檢測周期及檢測時長的設(shè)置、檢測信道的選取和檢測靜默期的設(shè)置等實(shí)現(xiàn)檢測策略和參數(shù)的選取及優(yōu)化。接入控制主要采用與授權(quán)用戶協(xié)調(diào)接入和透明接入兩種方式避免與授權(quán)用戶的接入產(chǎn)

2、生碰撞。動態(tài)頻譜分配針對二進(jìn)制干擾模型和累積干擾模型進(jìn)行不確定頻譜資源的優(yōu)化分配。安全機(jī)制通過增加MAC幀的認(rèn)證和保密以防御MAC層的安全攻擊。結(jié)論：結(jié)論：跨層設(shè)計(jì)結(jié)合物理層和網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等上層信息設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化的MAC層技術(shù)可以解決機(jī)會式頻譜利用。1、提出問題：、提出問題：認(rèn)知無線電(CR)技術(shù)通過對授權(quán)頻譜進(jìn)行“二次利用”的方式，有效地緩解了頻譜資源缺乏與日益增長的無線接入需求之間的矛盾，越來越受到人們的關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)CR用戶利

3、用頻譜空穴的同時避免對授權(quán)用戶造成有害干擾，要求CR網(wǎng)絡(luò)的媒體接入控制(MAC)層不僅提供傳統(tǒng)的服務(wù)，如媒體接入控制和健壯的數(shù)據(jù)傳輸，還能支持一套全新的功能，即在不干擾授權(quán)用戶的條件下有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)會式頻譜利用。2、分析問題：、分析問題：通過探究MAC層的頻譜檢測管理、接入控制、動態(tài)頻譜分配、安全機(jī)制及跨層設(shè)計(jì)等各個方面可以找出解決上述問題的方法。2.1、MAC層頻譜檢測管理層頻譜檢測管理功能：功能：控制物理層頻譜檢測算法的執(zhí)行，如決定檢

4、測哪些信道、何時檢測等。研究方向：研究方向：關(guān)注檢測策略和檢測參數(shù)的選取及優(yōu)化，包括檢測模式的選取、檢測周期及檢測時長的設(shè)置、檢測信道的選取和檢測靜默期的設(shè)置等。檢測模式的分類檢測模式的分類：根據(jù)CR用戶檢測時機(jī)的不同，檢測模式可分為周期檢測和按需檢測。周期檢測周期檢測：CR用戶按一定的周期檢測信道，而不僅是有數(shù)據(jù)發(fā)送時才進(jìn)行檢測。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：這種方式可周期性地收集信道的狀態(tài)信息，利于估計(jì)信道狀態(tài)，快速定位頻譜空穴。按需檢測則按需檢測則

5、：當(dāng)CR用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才去檢測信道。相比周期檢測，優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：按需檢測減少了不必要的檢測開銷，缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：但檢測到頻譜空穴的時間較長。解決方法：解決方法：文獻(xiàn)[1]依據(jù)“能量效率”原則，通過對檢測所消耗能量和尋找空閑信道所需延時進(jìn)行折衷，實(shí)現(xiàn)了檢測模式的自適應(yīng)選擇檢測模式的自適應(yīng)選擇。在周期檢測中，選擇合適的檢測周期十分關(guān)鍵，原因：在周期檢測中，選擇合適的檢測周期十分關(guān)鍵，原因：若檢測周期過大，則會因無法檢測到某些空閑頻譜，而損失掉

6、一些接入機(jī)會，同時也會因未能及時檢測到授權(quán)用戶的出現(xiàn)而產(chǎn)生有害干擾；若檢測周期過小，則會導(dǎo)致過于頻繁的檢測，消耗不必要的能量。周期檢測周期檢測通常包括同步周期檢測同步周期檢測和異步周期檢測異步周期檢測兩種機(jī)制。同步周期檢測機(jī)制為所有信道設(shè)置相同檢測起始時間和相同檢測周期，實(shí)現(xiàn)簡單，缺乏靈活性；相對應(yīng)的，異步周期檢測機(jī)制靈活性受到了更多的關(guān)注?；诠潭z測周期的檢測機(jī)制：基于固定檢測周期的檢測機(jī)制：文獻(xiàn)[1]以最小化損失接入機(jī)會為優(yōu)化目標(biāo)

7、，提出了一種自適應(yīng)的異步檢測周期優(yōu)化算法。算法針對每個信道分別自適應(yīng)設(shè)置其檢測周期，對于減小定位空閑頻譜時長，最大化利用接入機(jī)會起到了一定作用，但對每個信道來說，檢測周期仍然是固定間隔的，即最優(yōu)檢測周期一旦選定就不再改變。基于可變檢測周期基于可變檢測周期(FSP)的檢測機(jī)制：的檢測機(jī)制：作為固定周期檢測機(jī)制的推廣，文獻(xiàn)[2]提出了一種基于可變檢測周期(FSP)的檢測機(jī)制，引入了“檢測間隔控制因子”，通過調(diào)整該因子實(shí)現(xiàn)在信道狀態(tài)可能發(fā)生變

8、化的區(qū)域縮小檢測周期，提高檢測的效率，體現(xiàn)了周期變化的靈活性。隨機(jī)檢測機(jī)制隨機(jī)檢測機(jī)制(RAPSS)：為將FSP機(jī)制的可變檢測周期進(jìn)一步推廣到隨機(jī)檢測周期，文獻(xiàn)[3]又引入了每隔一段隨機(jī)時間進(jìn)行檢測的隨機(jī)檢測機(jī)制(RAPSS)，并提出了更具有一般性的檢更具有一般性的檢定義：定義：授權(quán)用戶接入頻譜時不考慮CR用戶是否存在，即CR用戶是否占用頻譜對授權(quán)用戶來說完全透明。工作原理：工作原理：這種情況下CR用戶應(yīng)采用靈活的接入控制策略實(shí)現(xiàn)對授權(quán)

9、用戶的透明接入，盡可能減少授權(quán)用戶的再次出現(xiàn)對CR用戶業(yè)務(wù)的影響。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：若授權(quán)用戶始終將其接入的頻譜視為空閑頻譜，而不考慮CR用戶是否正在占用該頻譜，那么相比于與授權(quán)用戶協(xié)調(diào)接入方式，透明接入方式只要網(wǎng)絡(luò)中存在CR用戶，就有被授權(quán)用戶強(qiáng)制中斷的可能。在相同的仿真環(huán)境下，相比于與授權(quán)用戶協(xié)調(diào)的接入控制，透明接入的η和性能相差無幾，而則增加了近一個數(shù)量級。PP分析：分析：較高的對CR業(yè)務(wù)特別是實(shí)時通信業(yè)務(wù)的影響較大，如何降低成為重點(diǎn)關(guān)

10、注的問PP題。目前研究主要有信道預(yù)留和預(yù)測這兩種方法。解決方法：解決方法：(1)基于信道預(yù)留的透明接入基于信道預(yù)留的透明接入基于信道預(yù)留的透明接入基于信道預(yù)留的透明接入：是有效降低CR用戶Pf的策略之一，可為授權(quán)用戶預(yù)留信道，也可為CR用戶預(yù)留信道。a、對于為授權(quán)用戶預(yù)留信道方式工作原理：、對于為授權(quán)用戶預(yù)留信道方式工作原理：當(dāng)授權(quán)用戶接入時，先選擇空閑的預(yù)留信道接入，若預(yù)留信道全部占用，則接入非預(yù)留的信道，即若為授權(quán)用戶預(yù)留R個信道，

11、則CR用戶至多能夠接入MR個。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：這種方式通過控制授權(quán)用戶優(yōu)先接入預(yù)留的空閑信道，減小了CR用戶被中斷的可能，缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：但同時減小了CR用戶的可用信道數(shù)，使加大；Pb、對于為、對于為CR用戶預(yù)留信道方式工作原理：用戶預(yù)留信道方式工作原理：當(dāng)CR用戶正在占用的信道再次出現(xiàn)授權(quán)用戶時，CR用戶切換到為其預(yù)留的信道上。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：這種方式下無需對授權(quán)用戶進(jìn)行控制，使授權(quán)用戶網(wǎng)絡(luò)不用作任何改變，缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：但同樣會增加。P總結(jié)：總結(jié)：

12、基于信道預(yù)留的透明接入方式，其核心思想核心思想是預(yù)留一部分頻譜資源給授權(quán)用戶或CR用戶專用，以達(dá)到降低的目的，而實(shí)質(zhì)是以一定的性能的損失換取性能提高。通常PPP通過尋求最優(yōu)的預(yù)留信道數(shù)取得與的折中。PP(2)基于預(yù)測的透明接入基于預(yù)測的透明接入采用預(yù)留信道的機(jī)制可一定程度上降低，但由于實(shí)質(zhì)上仍是CR用戶與授權(quán)用戶發(fā)生沖撞P后被動地退出信道，這樣無疑不僅會對授權(quán)用戶造成有害干擾，還會引起CR用戶頻繁的傳輸中斷。若采用上述為CR用戶預(yù)留信道

13、方式用于切換還會不可避免帶來一些切換時延。工作原理：工作原理：基于預(yù)測的透明接入方式則是通過預(yù)測信道的特性，如授權(quán)用戶的信道占用規(guī)律、頻譜空穴出現(xiàn)的位置及可能的空閑時長等，主動選擇滿足要求的最佳接入機(jī)會，降低可能與授權(quán)用戶沖撞的概率。預(yù)測的方法：預(yù)測的方法：可以是基于歷史信息的簡單估計(jì)也可以是一些相對復(fù)雜的人工智能算法。a、啟發(fā)式預(yù)測接入算法、啟發(fā)式預(yù)測接入算法：依據(jù)信道隨授權(quán)用戶占用和空閑動態(tài)變化的歷史信息，，從可用時間上估計(jì)信道的可