基于POMDP网络认知的动态频谱接入算法与策略分析

单位代码：10293密级：公开硕士学位论文论文题目：基于POMDP网络认知的动态频谱接入算法与策略分析Y001090108张煜朱洪波教授/博导通信与信息系统移动通信与无线技术工学硕士二零一二年三月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院（筹）办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：_____________日期：____________研究生签名：____________导师签名：____________日期：_____________南京邮电大学硕士学位论文摘要学科专业：工科、通信与信息系统研究方向：移动通信与无线技术作者：二零零九级硕士研究生张煜指导教师：朱洪波教授/博导题目：基于POMDP网络认知的动态频谱接入算法与策略分析英文题目：StrategicanalysisofdynamicspectrumaccessalgorithmbasedonthePOMDPnetworkawareness关键词：认知无线电，动态机会频谱接入，部分可观测马尔科夫决策过程Keywords：CognitiveRadio,DynamicSpectrumAccess,POMDP论文选题来源：1.工业和信息化部软科学项目：物联网的频谱需求与管理策略研究2.国家科技重大专项：IMT-Advanced频谱技术研发(2009ZX03003-002)南京邮电大学硕士研究生学位论文中文摘要I中文摘要近年来随着无线通信技术的飞速发展，通过无线连接信息终端的应用越来越多，大量的终端与通信使得网络对频率资源的需求越来越大，频谱合理使用与科学分配面临挑战。认知无线电能够很好的解决当前频谱利用不合理的局面，它能主动地寻找出网络中没被授权用户使用的频谱，并利用该频谱通信，能极大地提高网络频谱利用率，是解决频谱需求的一种有效手段。本文基于部分可观测马尔科夫决策过程（PartiallyObservableMarkovDecisionProcess，POMDP）研究了机会频谱接入（OSA）网络的监听与接入策略选择，在认知无线电用户受限于硬件等原因不能充分观察网络情况的条件下，并在不影响主用户通信的基础上，提高整个OSA网络次用户的吞吐量，提高网络的频谱利用率，最后提出了两种接入算法——基于网络状态的感知接入策略和改进的基于各信道状态的感知接入策略，后者使用贪婪算法，并对前者的复杂度进行了简化。在无误差的感知下，对通过以上算法接入网络的次用户所在网络的网络吞吐量进行仿真。接着讨论了有误差的感知对接入策略产生的影响并重新对次用户的网络吞吐量进行仿真。仿真的结果证明了以上两种策略的正确性与合理性，系统的吞吐量有明显的提高。关键词：认知无线电，动态机会频谱接入，部分可观测马尔科夫决策过程南京邮电大学硕士研究生学位论文ABSTRACTIIABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologyinrecentyears,networkfrequencyrecoursebecomesincreasinglyscarce.Wirelessspectrumshortagebecomesanobstacleofsustainabledevelopmentofapplyingwirelesscommunicationandservice.Cognitiveradiocanusethespectrumwhichauthorizedusersnotuse,soitcangreatlyimprovethenetworkspectralefficiency.ThisthesismainlyresearchescognitiveradiodynamicspectrumaccessbasedonthetheoryofPOMDP.Limitedtohardwareandotherreasons,thecognitiveradiouserscannotfullyobservethenetwork.ThepurposeofthisthesisistoimprovethethroughputoftheentiresecondaryusersintheOSAnetwork,avoidaffectingcommunicationsoftheprimaryusers.Thisthesisproposestwoaccessalgorithms:optimalchannelsensingandaccessstrategy,andreduced-statesuboptimalstrategy.Thetwoalgorithmsarebothbasedonthenetworkstatus,andthelatteralgorithmusethegreedyalgorithm.Thisthesissimulatethenetworkthroughputoftheusersaboveaccessalgorithmunderfreeerrorperceivedmodelanderrorperceivedmodel.Thesimulationresultsprovethecorrectnessandrationalityoftwostrategies,thethroughputofOSAnetworkincreasesignificantly.KeyKeyKeyKeyWords:Words:Words:Words:CognitiveRadio,DynamicSpectrumAccess,POMDP南京邮电大学硕士研究生学位论文目录III目录中文摘要.........................................................................................................................................IABSTRACT.......................................................................................................................................II目录.......................................................................................................................................III第一章绪论.................................................................................................................................11.1引言......................................................................................................................................11.2课题背景...............................................................................................................................11.3认知无线电..........................................................................................................................21.3.1认知无线电原理...........................................................................................................21.3.2认知无线电与物联网的关系.......................................................................................51.4国内外文献...........................................................................................................................51.5本文主要工作与结构安排...................................................................................................5第二章频谱认知与POMDP模型...................................................................................................72.1频谱认知...............................................................................................................................72.1.1频谱管理.......................................................................................................................72.1.2频谱感知技术...............................................................................................................72.2POMDP..................................................................................................................................102.2.1马尔科夫过程.............................................................................................................102.2.2场景的建模......................................