基于认知无线电的信道分配策略研究

电子科技大学硕士学位论文基于认知无线电的信道分配策略研究姓名：杨晨炜申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：冷甦鹏20090501基于认知无线电的信道分配策略研究作者：杨晨炜学位授予单位：电子科技大学相似文献(9条)1.会议论文赵振康.罗新民.邓建国认知无线电系统中的信道分配算法2007针对认知无线电关键技术——授权用户检测,本文提出在蜂窝系统中采用信道分配创建低干扰检测环境的方法,并给出具体信道分配算法。仿真表明该算法在提供低干扰检测环境的同时避免了过大的频谱资源损耗.2.期刊论文余艳英.朱江.张盛峰.YUYan-ying.ZHUJiang.ZHANGSheng-feng认知无线电系统中基于多标拍卖的信道分配机制-通信技术2008,41(5)为在认知无线电系统中实现对频谱的有效管理,文中提出了一种基于多标拍卖的信道分配机制,并给出了三种分配规则:吞吐量最大规则、效用公平规则以及时间公平规则.最后通过仿真验证了三种分配规则下的系统性能,仿真结果说明,进行信道分配时利用吞吐量最大规则能使系统吞吐量达到最大,采用效用公平规则能达到最佳效用公平性.使用时间公平规则可保证用户在为传输文件而竞争频谱资源过程中的时间公平,且文件的平均传输时间最少、时延最小.3.期刊论文闵军.葛利嘉一种基于认知无线电的自组网多信道MAC协议-微型机与应用2009,28(15)针对节点具有多个可用信道的自组网的信道资源利用率问题,提出了一种基于认知无线电的MAC接入协议,协议根据网络中节点的邻居关系,通过认知推理对两跳邻居范围内的不同网络节点分配不同的驻留信道,驻留信道的选择考虑了避免信道干扰和冲突,每个节点只需要两部半双工收发信机就能够实现在多个信道上高效的数据收发.仿真结果表明,协议在网络总吞吐量、端到端时延等方面具有优良的性能,能很好地适用于节点密集的应用场合.4.学位论文朱晓荣认知无线电动态频谱接入若干关键技术研究2008认知无线电(CognitiveRadio,CR)也称为感知无线电,是近几年兴起的无线通信新概念新技术,它能够实时感知通信环境中所有的频谱使用机会,通过重组无线网络系统框架,使得认知无线网络具有智能化辨识与改变频谱使用机会的能力,试图从本质上解决无线通信的频谱资源越来越紧缺的问题。国内外已有的研究成果表明,认知无线电具备极高的频谱使用效率,代表着未来的新发展,这在国际上已成为一项重要的研究课题。本学位论文重点研究了认知无线电频谱感知技术、媒体接入控制技术以及信道分配技术等。此外,还提出认知无线电在无线传感器网络中的应用构想,研究了无线传感器网络数据收集节能算法等。论文共分为六章。第1章综述认知无线电,并给出论文的研究背景、研究现状、主要内容及章节概要。第2章研究认知无线电最优频谱感知算法。本章基于对授权用户信号的分析,提出利用小波分析对授权用户信号进行多尺度小波变换,然后利用Neyman-Pearson最优判断准则对授权用户信号的出现进行判断。在此基础上,提出了感知算法的数学模型,推导出最优感知器结构。仿真结果表明,单个最优感知器不能满足系统性能要求。为此进一步提出了基于空间分集的最优感知器结构,仿真结果表明,该方法能抵抗多径和阴影衰落的影响,而且当系统的检测概率给定某值(比如99.9％)时,只要感知单元的参数与检测的节点数目合适,虚警概率就能小于某一容许的值,完全满足系统的性能要求。第3章研究认知无线电媒体接入控制技术。在分析认知用户动态接入授权频带的基础上,利用马尔可夫理论,分别提出了没有频谱切换和具有频谱切换的的认知用户接入授权频带的一般模型,推导和讨论了这两种情况下的几个重要的系统参数,包括被迫中断概率、阻塞概率、频谱利用率和系统吞吐量等；为了平衡被迫中断概率和阻塞概率,提出了信道预留方案,通过马尔可夫理论分析以及仿真,结果表明在认知无线网络中采用这种方案,不仅可以平衡被迫中断概率和阻塞概率以满足系统的QoS要求,而且可以显著提高认知用户的吞吐量。第4章研究认知无线电信道分配技术。分析了认知无线电的信道分配问题是一个NP-Hard问题,传统算法的处理效果不佳,需要一种有效快速的算法,为此提出利用低复杂度的因子图与和积算法理论对动态资源进行分配,该方法以最大化信道利用率为主要目标,同时也考虑干扰的最小化和接入的公平性,实际上这是一个求多变量最优解的问题。在这种算法中,首先用因子图把一个复杂问题分成几个简单的局部问题,对这些局部问题同时进行求解且通过信息传递来完成其相互作用,传递的信息表示了一个认知用户在某个时隙分配某些频谱资源的概率,然后用和积算法理论来完成概率的求解。通过信息不断的传递即不断的迭代,当所有的约束条件都满足时,可以输出一组接近最优的解,即信道分配方案。数值分析结果表明,该信道分配算法具有频谱利用率高、同时也体现了接入的公平性以及低复杂度等较好的性能。第5章研究认知无线电在无线传感器网络中的应用。首先提出认知无线电在无线传感器网络中的应用构想。由于传感器节点能量有限,为了避免节点之间的通信冲突,提出利用认知无线电的概念选择可利用的频带进行通信以提高能量和频谱的利用率,还将前述的动态频谱接入控制算法和动态信道分配算法应用到无线传感器网络中。然后研究无线传感器网络数据收集节能算法,以一组静止的传感器节点和基站构成的网络为研究对象,以最大化网络生命为目的,提出一种新的分布式数据收集节能算法。该算法分为三部分：首先,提出Hausdorff分簇算法,该算法以Hausdorff距离作为分簇的量度,根据节点的位置、通信的有效性和网络的联通性将传感器节点分成几个静态的簇；其次,提出一种贪婪算法为每个簇周期性地选择新簇首,在整个网络生命中分簇只执行一次,而每个簇的簇首是由簇中的成员最优地轮换调度；最后,簇首之间构成网络骨架周期地收集、融合和转发数据到基站,它们之间的通信采用最小功耗路由算法,其中利用了Dijkstris最短路径算法。仿真结果表明,算法能达到节能目的从而显著延长网络生命。第6章总结本学位论文工作的主要研究成果并对进一步研究的问题进行讨论。5.学位论文周侨认知无线电网络中的动态信道分配技术研究2008随着无线通信技术的发展和人们对无线频谱资源需求的日益增长，认知无线网络以其不需要授权就可以使用频谱、频谱利用率高、使用方式灵活等独有特性越来越受到关注，成为无线移动通信网络的一个重要发展方向。频谱分配方式决定了无线设备的频谱使用情况，对认知无线网络的性能起着决定作用。针对认知无线网络频谱资源的时间、空间变化特性、防止对授权用户产生干扰以及提高无线频谱的利用率，需要为其设计专门的频谱分配方式。采用中心式结构动态信道分配算法可以大大提高频谱的利用率，降低系统开销，能够迅速的自适应的动态调整从而满足在不断变化的无线频谱资源下的通信需求。同时，在中心式结构动态信道分配算法的基础上联合功率控制，不仅可以减小对授权用户、认知用户的干扰，而且能够进一步提高频谱的利用率和网络的性能。本文在国家十五“863”高技术研究发展计划项目《基于认知无线电的混合波形调制解调技术研究》课题的资助下，结合中心式结构动态信道分配的优点，对认知无线网络中的动态信道分配技术进行了研究，提出了基于子信道划分的自适应动态信道分配算法以及联合功率控制的自适应动态信道分配算法，有效的提高了频谱的利用率和网络的性能。同时，利用跨层设计的思想，给出了基于PXA255的协议设计实现。第一章介绍了认知无线电的背景、发展历程和优点，阐述了认知无线电的应用环境，在分析认知无线电研究现状的同时，对国内外对动态信道分配算法的研究现状作了详细的介绍和分析。第二章分别对认知无线电系统模型和动态信道分配模型作了详细的分析。给出了认知无线电的频谱共享模型，介绍了频谱分配技术的分类、原则、关键技术，并根据分类的不同，描述了认知无线网络下的中心式结构动态信道分配模型和分布式结构动态信道分配模型，从问题模型、效用函数、算法设计等方面进行了详细的阐述。同时介绍了当前存在的其他频谱分配模型。第三章则重点讨论了认知无线网络环境下的中心式结构动态信道分配算法。分析了频谱分配的数学模型，并在比较讨论了现有的动态信道分配算法的基础上，提出了改进的基于子信道划分的自适应动态信道分配算法和改进的联合功率控制的自适应动态信道频谱算法，分析了算法的性能，给出了仿真结果，并从系统开销时间、系统总效用以及公平性对几种算法进行了分析，比较。第四章描述了认知无线网络中其他几层的联合设计实现。给出了物理层的帧结构设计、MAC层的帧结构设计以及协议设计，利用跨层设计的思想，阐述了传输层、MAC层和物理层之间的联合设计，同时给出了基于PXA255平台的系统设计原理、协议设计流程和实际测试的结果。6.期刊论文殷志勇动态频谱分配——认知无线电中的关键技术-黑龙江科技信息2008(16)在认知无线电系统中,动态频谱分配技术是保证高效频谱利用的关键技术.首先介绍认知无线电定义以及系统模型,并归纳了一些认知无线电的动态频谱分配算法.7.会议论文汪振兴.杨涛.胡波.陈光梦基于分层模拟退火的动态信道分配算法2008本文提出了一种认知无线电中基于分层的动态信道分配方案.首先,以MMSE准则为基础,通过多个认知用户对主用户占用信道的探测,得到主用户占用各信道的概率;其次,根据认知用户与主用户之间的距离对所有认知用户进行分层,在分层的基础上运用模拟退火方法进行信道分配.该算法抛弃了其他解决方案广泛采用的以0-1矩阵为基础的信道分配方法,兼顾了计算复杂度、系统容量以及认知用户之间的公平性问题.仿真结果表明:该算法可有效改善动态信道分配的效率.8.学位论文马慧生多跳认知无线电网络路由技术研究2009随着认知无线电技术的发展，传统的多跳无线网络也引入了基于认知无线电的无线网络结构，构成多跳认知无线电网络。为满足多跳无线通信的要求，需要为多跳认知无线电网络设计全新的路由协议。本文主要对多跳认知无线电网络的频谱感知路由技术进行了研究。首先以多跳单收发器认知无线电网络(MSCRN，Multi-hopSingleTransceiverCognitiveRadioNetworks)为研究对象，提出了一种基于时延分析的信道分配算法。该算法平衡了信道切换带来的开销和增益，提高了信道利用率，同时避免了耳聋问题的出现。在此基础上，提出了一种非基于控制信道的频谱感知按需路由协议MSCRP(Multi-hopSingle-transceiverCRNRoutingProtocol)。MSCRP采用按需路由框架，将整个路由机制分为路由请求、路由响应和路由维护三个部分，在路由响应过程中完成路由上链路的信道分配，实现了路由的频谱感知功能。在OPNET中搭建了MSCRN的仿真平台，对MSCRP的性能进行了仿真。结果表明，MSCRP能较好的适应MSCRN网络，为利用认知无线电技术提高传统多跳无线网络的性能提供了一种解决方案。关键词：认知无线电网络;路由;信道分配;耳聋问题9.学位论文何浩认知无线电中的频谱分配研究2008针对频谱资源紧张的情况，认知无线电技术可以有效的提升频谱资源的利用率。认知用户可以通过择机接入的方式来对授权频段加以利用。因此，认知无线电面临的最大挑战就是怎样在最大化频谱利用率的同时，能最小化对主用户造成的干扰。本论文主要研究内容是认知无线电系统中的动态频谱分配问题。本论文首先总结并概述了两种频谱共享模型：下垫式和填充式模型，并介绍了下垫式模型所引出的干扰控制模型：干扰温度模型。接着，本论文介绍了以图论为代表的集中式频谱分配理论以及以博弈论为代表的分布式频谱分配理论。之后，本论文主要基于干扰温度模型分别从集中式和分布式的角度来处理频谱分配问题。在第三章中，我们首先提出了一个联合分配和调度问题：在多信道多跳认知无线电网络中的最小化调度时隙数问题。针对这一问题，本论文将功率控制和信道分配联合考虑，并从数学角度把该问题表述成一个混合整数非线性优化问题。接着，本论文对该数学优化问题做了一步步的简化。最后，从对主用户保护的特殊性以及减少计算量的角度出发，本