基于同時(shí)同頻匯聚的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制信息交互機(jī)制設(shè)計(jì).pdf

1、為了提高有限頻譜資源的利用率，認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)需要采用高效的多信道MAC協(xié)議在相鄰認(rèn)知節(jié)點(diǎn)之間交互包括時(shí)鐘同步、信道感知結(jié)果、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜托诺李A(yù)約在內(nèi)的各種控制信息，在有效避免干擾授權(quán)用戶(hù)通信的前提下協(xié)商出收發(fā)雙方皆可用的通信頻段。現(xiàn)有大多數(shù)認(rèn)知MAC協(xié)議均依賴(lài)于一個(gè)不會(huì)被授權(quán)用戶(hù)干擾的公共控制信道來(lái)完成控制信息交互。然而，在日益復(fù)雜的無(wú)線(xiàn)電磁環(huán)境中該公共控制信道很難被建立，同時(shí)隨著控制信息交互需求的增大該信道本身也會(huì)成為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)通信性能提升

2、的一個(gè)瓶頸。為此，本論文將研究重點(diǎn)放在了如何為不具備公共控制信道的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)高效的控制信息交互機(jī)制。
　　該機(jī)制通過(guò)為所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)共同的跳頻序列生成準(zhǔn)則，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)均能隨機(jī)生成一個(gè)跳頻序列以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)信道上的跳躍。當(dāng)相鄰認(rèn)知節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了跳頻匯聚，即在同一時(shí)隙內(nèi)跳到同一信道上，它們就可以交互控制信息。與基于公共控制信道的交互機(jī)制相比，基于跳頻匯聚的交互機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)包括：不依賴(lài)于任何固定的控制信道，相鄰認(rèn)知節(jié)點(diǎn)無(wú)需了解彼此

3、的跳頻序列信息，以及能有效緩解控制信道流量飽和問(wèn)題。而本論文的主要貢獻(xiàn)在于針對(duì)不同的應(yīng)用需求分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的跳頻系統(tǒng)，即根據(jù)特定準(zhǔn)則生成跳頻序列集合，以實(shí)現(xiàn)基于跳頻匯聚的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制信息交互。
　　首先，本文基于旋轉(zhuǎn)升降序列的匯聚特性設(shè)計(jì)了三種全新的非對(duì)稱(chēng)同步跳頻系統(tǒng)，以確保在全網(wǎng)時(shí)鐘同步并且每個(gè)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)只有數(shù)據(jù)發(fā)送或者接收需求的情況下實(shí)現(xiàn)基于跳頻匯聚的控制信息交互。其中，第一種跳頻系統(tǒng)能針對(duì)不同的通信業(yè)務(wù)負(fù)載靈活地生成不同的

4、跳頻序列集合以?xún)?yōu)化控制信息交互的性能，第二種跳頻系統(tǒng)則特別適合具備高通信業(yè)務(wù)負(fù)載的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中提升控制信息交互的性能，而第三種跳頻系統(tǒng)則能夠支持認(rèn)知無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同認(rèn)知節(jié)點(diǎn)劃分不同通信優(yōu)先級(jí)，使得高優(yōu)先級(jí)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)能獲得優(yōu)于低優(yōu)先級(jí)認(rèn)知節(jié)點(diǎn)的控制信息交互性能，并同時(shí)提升全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的基于跳頻匯聚的整體控制信息交互性能。通過(guò)基于MATLAB的數(shù)值計(jì)算和基于 OPNET的仿真分析可以看出，與現(xiàn)有的非對(duì)稱(chēng)同步跳頻系統(tǒng)相比，上述三個(gè)跳頻系統(tǒng)均能具備更

5、優(yōu)的控制信息交互性能。
　　其次，本論文進(jìn)一步將基于旋轉(zhuǎn)升降序列的非對(duì)稱(chēng)同步跳頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想拓展到對(duì)稱(chēng)同步跳頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，以確保所有認(rèn)知節(jié)點(diǎn)能在時(shí)鐘同步并且同時(shí)具備數(shù)據(jù)發(fā)送和接收需求的情況下實(shí)現(xiàn)基于跳頻匯聚的控制信息交互。通過(guò)將一定長(zhǎng)度二進(jìn)制數(shù)的每一位替換為適當(dāng)?shù)姆菍?duì)稱(chēng)同步跳頻序列，本論文提出了兩種對(duì)稱(chēng)同步跳頻系統(tǒng)，以分別實(shí)現(xiàn)不支持和支持節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)的控制信息交互?；贠PNET的仿真分析也表明，這兩種跳頻系統(tǒng)均能獲得優(yōu)于現(xiàn)有