基于QoS度量的移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由決策.pdf

1、隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)和用戶需求的快速增長(zhǎng)，尤其移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與智能移動(dòng)終端的大范圍應(yīng)用，使得頻譜資源日益緊張。移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(Mobile Cognitive Radio Network, MCRN)作為一種新興的智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)復(fù)雜和動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，優(yōu)化端到端的性能，實(shí)現(xiàn)高效利用網(wǎng)絡(luò)資源的目標(biāo)。目前，對(duì)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)路由的研究大多假定主、次用戶是靜止的，從頻譜可用性、信道分配等方面來(lái)研究認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)

2、的性能。對(duì)于移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)和主用戶的活動(dòng)行為，節(jié)點(diǎn)間的鏈路特性不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，難以用固定的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，從不同角度研究移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的鏈路動(dòng)態(tài)特性，解決具有多個(gè)參數(shù)約束的QoS路由優(yōu)化問(wèn)題是移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)研究的核心問(wèn)題之一。針對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性、鏈路的動(dòng)態(tài)性、不同業(yè)務(wù)QoS需求以及路由的不確定性，本文開展了以下研究工作，首先從鏈路的連通性、穩(wěn)定性

3、、功率消耗、中斷性能等研究鏈路的特性，進(jìn)一步研究移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的局部拓?fù)淇刂扑惴ê桶匆欢≦oS度量的網(wǎng)絡(luò)路由算法。理論分析和仿真結(jié)果均表明本文所提出的方案能夠有效提高認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)端到端的服務(wù)質(zhì)量和頻譜的利用率。本論文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：
　　針對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路特性受多種因素影響及多變性的特點(diǎn)，提出了一個(gè)包括鏈路功耗、鏈路穩(wěn)定性、鏈路中斷概率等多參數(shù)的移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型，并對(duì)模型中主次用戶節(jié)點(diǎn)移動(dòng)引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖?/p>

4、、鏈路的改變等進(jìn)行了闡述，進(jìn)一步從多個(gè)角度歸納提煉了這些改變對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路性能的影響，為鏈路性能分析及路由的研究奠定基礎(chǔ)。
　　依據(jù)多參數(shù)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合一維移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提出了以隨機(jī)路點(diǎn)移動(dòng)模型為基礎(chǔ)的一維移動(dòng)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)連通性分析方法。在此基礎(chǔ)上根據(jù)主用戶的活動(dòng)情況以及節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)情況推導(dǎo)了網(wǎng)絡(luò)鏈路的連通概率，進(jìn)而分析網(wǎng)絡(luò)端到端的連通性，推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)連通概率的閉合表達(dá)式。并在不同場(chǎng)景下通過(guò)仿真分析了主用戶數(shù)、主用戶活動(dòng)因子、

5、次用戶數(shù)、次用戶傳輸范圍、最大干擾范圍以及次用戶的移動(dòng)速度等對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的影響，驗(yàn)證了理論分析的正確性和合理性。
　　針對(duì)主、次用戶均移動(dòng)的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，提出了一種局部認(rèn)知拓?fù)淇刂坡酚伤惴?。該算法根?jù)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)以及次用戶對(duì)主用戶的干擾來(lái)預(yù)測(cè)認(rèn)知鏈路的可利用時(shí)間，結(jié)合鏈路穩(wěn)定性和鏈路功耗進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，度量鏈路的權(quán)重并作為鏈路代價(jià)。在保證網(wǎng)絡(luò)連通的基礎(chǔ)上，運(yùn)用局部Dijkstra算法對(duì)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溥M(jìn)行控制，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓

6、撲，并在優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖弦月窂酱鷥r(jià)最小的準(zhǔn)則選擇網(wǎng)絡(luò)路由，優(yōu)化端到端的性能。仿真驗(yàn)證了所提拓?fù)淇刂扑惴ǖ挠行?，分析了鏈路功耗和鏈路穩(wěn)定性對(duì)網(wǎng)絡(luò)路徑選擇的影響以及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)平均節(jié)點(diǎn)度、網(wǎng)絡(luò)平均鏈路代價(jià)、單位路徑功耗等的影響。相比于單一QoS度量的路由選擇，本文提出的方法更具有認(rèn)知功能，能更好地適合認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
　　考慮到認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信過(guò)程中主次用戶間的復(fù)雜電磁環(huán)境關(guān)系，將多參數(shù)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型規(guī)模簡(jiǎn)化為認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，

7、提出了基于中斷概率的路由算法。根據(jù)無(wú)線傳輸信號(hào)衰落的特點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，重點(diǎn)分析信道環(huán)境改變對(duì)鏈路通信質(zhì)量以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由選擇的影響。通過(guò)分析鏈路信干噪比的分布函數(shù)，推導(dǎo)出了在瑞利衰落信道下鏈路中斷概率的閉合表達(dá)式，得出系統(tǒng)端到端的中斷概率，從而提供了一種有效的方法來(lái)研究次用戶最大傳輸功率限制、主用戶干擾功率限制、主用戶的傳輸功率、次傳輸鏈接的信道質(zhì)量、干擾鏈接的信道質(zhì)量等參數(shù)對(duì)認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中斷性能的影響。在分析網(wǎng)絡(luò)路由時(shí)，提出了基