基于QoS的認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)頻譜管理技術(shù)研究.pdf

1、認知無線電(CR,Cognitive Radio)作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)非注冊用戶(即認知節(jié)點)發(fā)現(xiàn)并機會接入注冊用戶(即主用戶)空閑頻譜的新興技術(shù)，通過智能的頻譜管理有效解決了不靈活的頻譜分配策略導(dǎo)致的頻譜匱乏問題。認知無線電能感知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并根據(jù)感知結(jié)果動態(tài)選擇發(fā)射參數(shù)，以提高認知系統(tǒng)輸出效能并避免對主用戶產(chǎn)生干擾。作為認知無線電通信網(wǎng)絡(luò)的重要分支，認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鑒于其無需依賴預(yù)先架設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施及組網(wǎng)靈活快速等優(yōu)點，使其具有良好

2、的環(huán)境適應(yīng)性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)魯棒性。
　　同傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相比，認知無線電Ad Hoc有其獨有的特性，即：信道可用性變化和對主用戶發(fā)射保護。這些特性使得頻譜管理問題成為認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)最難解決的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。不僅需要建立多跳轉(zhuǎn)發(fā)的形式來實現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸，而且數(shù)據(jù)傳輸鏈路由于受認知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化而變化。因此，在復(fù)雜多變的環(huán)境下機會式實施網(wǎng)絡(luò)頻譜資源管理便成為研究認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的重要問題。本課題的研究內(nèi)容將針對認知無線

3、電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)頻譜管理對認知網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性問題，集中圍繞信道和功率分配、公共控制信道分配和多跳路由建立三個方面展開，使得頻譜管理策略能夠根據(jù)認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境動態(tài)變化及時作出反應(yīng)并及時進行調(diào)整，從而提高認知網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)傳輸效率和認知用戶的QoS。
　　首先，針對認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特點，對現(xiàn)有的頻譜管理關(guān)鍵技術(shù)及其對QoS保障所產(chǎn)生的影響進行闡述和分析。主要包括本文所要涉及的跨層規(guī)劃設(shè)計、公共控制信道分配以及認知多

4、跳路由協(xié)議三個方面。詳細闡述了不同方案的工作過程并通過實驗仿真驗證性能，從而確定了本文的研究思路。
　　其次，本文提出了一種基于OFDM技術(shù)的認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)混合多媒體業(yè)務(wù)資源分配跨層規(guī)劃設(shè)計。為了避免認知節(jié)點通過公共控制信道大量交換控制信息，易受公共控制信道可用性和帶寬影響，設(shè)計了基于全貝葉斯模型的機器學(xué)習策略，使認知節(jié)點能夠在線學(xué)習其他節(jié)點子載波分配策略從而調(diào)整并確定自身子載波分配策略，并將學(xué)習結(jié)果應(yīng)用于基于時延的效

5、用函數(shù)推導(dǎo)?；诨旌隙嗝襟w業(yè)務(wù)中流媒體傳輸和數(shù)據(jù)傳輸所對應(yīng)的不同QoS標準，建立了認知節(jié)點的基于時延和吞吐量聯(lián)合效用函數(shù)。通過在主用戶干擾和最大發(fā)射功率的約束條件下求解最優(yōu)效用函數(shù)值，為認知節(jié)點每個數(shù)據(jù)包提供最優(yōu)發(fā)射功率，子載波及其對應(yīng)的調(diào)制方式。
　　再次，本文提出了一種基于鄰居節(jié)點分組的公共控制信道分配方案。根據(jù)認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)信道可用性時變的特點，給出了本地穩(wěn)定鄰居節(jié)點組發(fā)現(xiàn)策略。在發(fā)現(xiàn)本地鄰居節(jié)點基礎(chǔ)上，將本地鄰

6、居節(jié)點分組問題歸納為二分圖，并通過求解最大邊二分圖獲得最佳本地鄰居節(jié)點組及其公共可用信道集對應(yīng)關(guān)系。最后，根據(jù)可用控制信道的動態(tài)特性，提出了基于控制信息傳輸時延和吞吐量的效用函數(shù)，根據(jù)信道的效用函數(shù)值來選擇最優(yōu)控制信道。相比現(xiàn)有算法，所提出的算法具有較好的靈活性，即當主用戶占據(jù)當前公共控制信道時，每個認知節(jié)點組可以在不進行重新分組的前提下，可在其對應(yīng)的可用控制信道集合里選擇次優(yōu)效用函數(shù)值的信道作為新的公共控制信道。
　　最后，本文

7、提出了一種基于分簇算法的認知多跳路由協(xié)議。分析了動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于認知節(jié)點的移動性所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓撲變化及信道可用性的變化將導(dǎo)致節(jié)點間鏈路不穩(wěn)定，從而影響多跳路由建立的本質(zhì)。提出了基于分簇的網(wǎng)絡(luò)拓撲管理，僅由簇頭執(zhí)行路由鏈路構(gòu)建并進行數(shù)據(jù)傳輸，減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸開銷。根據(jù)認知網(wǎng)絡(luò)特點，提出基于認知傳輸吞吐量的路由準則，通過最大化認知傳輸吞吐量，聯(lián)合選擇出最優(yōu)可用信道和下一跳中繼簇頭。本方案通過拓撲管理、信道選擇、最優(yōu)路由中繼節(jié)點選擇三種機制