認知無線自組織網(wǎng)絡拓撲控制研究.pdf

1、移動自組織網(wǎng)絡是由一組無線節(jié)點構成,不需要固定基礎設施的多跳無線網(wǎng)絡。該類網(wǎng)絡具有自發(fā)現(xiàn)、自組織、自愈合的特點,有很好的靈活性。認知無線電通過頻譜感知技術,能夠動態(tài)發(fā)現(xiàn)和利用電磁空間的可用頻譜,既可以用來提高頻譜利用率,也可以用于躲避外部電磁干擾。認知無線自組織網(wǎng)絡將認知無線電融入到移動自組織網(wǎng)絡中,使自組織網(wǎng)絡中的節(jié)點具有感知和學習能力,能夠動態(tài)感知和使用網(wǎng)絡區(qū)域內的空閑頻譜,解決無線網(wǎng)絡頻譜資源稀缺和分配問題,增強網(wǎng)絡拓撲的連通性和

2、網(wǎng)絡生存性。
　　認知無線自組織網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡拓撲結構不僅受節(jié)點之間的相對位置、節(jié)點的發(fā)射功率等因素影響,而且還與節(jié)點的可用信道有關。本文重點研究認知無線自組織網(wǎng)絡魯棒性的拓撲控制以及基于分簇的拓撲管理問題,主要包括以下幾個方面的內容:
　　首先,介紹了認知無線自組織網(wǎng)絡的特點及其關鍵技術,分析了拓撲控制的重要性。對比了傳統(tǒng)無線自組織網(wǎng)絡和認知無線自組織網(wǎng)絡的差異。
　　其次,針對所有節(jié)點存在若干公共信道的多接口認知無線

3、自組織網(wǎng)絡,即網(wǎng)絡節(jié)點配有多套收發(fā)信機,整個網(wǎng)絡有多個可用信道存在的情況,綜合考慮網(wǎng)絡拓撲的連通度、網(wǎng)絡容量和網(wǎng)絡拓撲魯棒性,采用預先分配機制,設計提出了一種魯棒性的拓撲控制算法RTCA(Robust Topology Control Algorithm)。該算法為網(wǎng)絡節(jié)點的每個收發(fā)信機分配工作信道,分配結果在保障網(wǎng)絡連通性的前提下,不僅讓網(wǎng)絡中的同頻干擾最小,使網(wǎng)絡容量最大化,而且當網(wǎng)絡中某條工作信道不可用時,在受影響的收發(fā)信機工作信

4、道切換之前,依然能夠保證網(wǎng)絡的連通性,使網(wǎng)絡拓撲具有很好的魯棒性。仿真結果表明,RTCA算法能夠提升網(wǎng)絡的容量,與單純的干擾感知拓撲控制算法IATA(Interference-Aware Topology control Algorithm)相比,能夠保證網(wǎng)絡的連通性。
　　然后,針對全網(wǎng)節(jié)點不存在公共信道的認知無線自組織網(wǎng)絡,采用基于簇結構的拓撲管理機制,網(wǎng)絡節(jié)點通過分布式的信息交互建立簇結構,使簇內成員有公共的可用信道,簇首節(jié)

5、點通過簇內的控制信道進行簇的管理和維護。由于簇內的公共信道數(shù)量和簇的規(guī)模是兩個相互制約的條件,既要考慮簇內公共信道數(shù)量,以保證簇結構的穩(wěn)定性和容量,又要盡量擴大簇的規(guī)模以減小網(wǎng)絡中簇的數(shù)目。因此提出了一種權衡簇內公共信道數(shù)和簇規(guī)模的分簇算法CTCS(Clustering based on Tradeoff common Channels and cluster Size),把分簇問題轉化成偶圖模型,使簇內公共信道數(shù)在滿足要求的前提下,權