基于同時同頻匯聚的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)控制信息交互機(jī)制設(shè)計.pdf

1、為了提高有限頻譜資源的利用率，認(rèn)知無線網(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)點之間交互包括時鐘同步、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)用戶通信的前提下協(xié)商出收發(fā)雙方皆可用的通信頻段?，F(xiàn)有大多數(shù)認(rèn)知MAC協(xié)議均依賴于一個不會被授權(quán)用戶干擾的公共控制信道來完成控制信息交互。然而，在日益復(fù)雜的無線電磁環(huán)境中該公共控制信道很難被建立，同時隨著控制信息交互需求的增大該信道本身也會成為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)通信性能提升

2、的一個瓶頸。為此，本論文將研究重點放在了如何為不具備公共控制信道的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計高效的控制信息交互機(jī)制。
　　該機(jī)制通過為所有認(rèn)知節(jié)點設(shè)計一個共同的跳頻序列生成準(zhǔn)則，使得每個節(jié)點均能隨機(jī)生成一個跳頻序列以實現(xiàn)在多個信道上的跳躍。當(dāng)相鄰認(rèn)知節(jié)點實現(xiàn)了跳頻匯聚，即在同一時隙內(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)點包括：不依賴于任何固定的控制信道，相鄰認(rèn)知節(jié)點無需了解彼此

3、的跳頻序列信息，以及能有效緩解控制信道流量飽和問題。而本論文的主要貢獻(xiàn)在于針對不同的應(yīng)用需求分別設(shè)計了相應(yīng)的跳頻系統(tǒng)，即根據(jù)特定準(zhǔn)則生成跳頻序列集合，以實現(xiàn)基于跳頻匯聚的認(rèn)知無線網(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)計了三種全新的非對稱同步跳頻系統(tǒng)，以確保在全網(wǎng)時鐘同步并且每個認(rèn)知節(jié)點只有數(shù)據(jù)發(fā)送或者接收需求的情況下實現(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、跳頻序列集合以優(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)知無線網(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)知無線網(wǎng)絡(luò)對不同認(rèn)知節(jié)點劃分不同通信優(yōu)先級，使得高優(yōu)先級認(rèn)知節(jié)點能獲得優(yōu)于低優(yōu)先級認(rèn)知節(jié)點的控制信息交互性能，并同時提升全網(wǎng)節(jié)點的基于跳頻匯聚的整體控制信息交互性能。通過基于MATLAB的數(shù)值計算和基于 OPNET的仿真分析可以看出，與現(xiàn)有的非對稱同步跳頻系統(tǒng)相比，上述三個跳頻系統(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)升降序列的非對稱同步跳頻系統(tǒng)的設(shè)計思想拓展到對稱同步跳頻系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，以確保所有認(rèn)知節(jié)點能在時鐘同步并且同時具備數(shù)據(jù)發(fā)送和接收需求的情況下實現(xiàn)基于跳頻匯聚的控制信息交互。通過將一定長度二進(jìn)制數(shù)的每一位替換為適當(dāng)?shù)姆菍ΨQ同步跳頻序列，本論文提出了兩種對稱同步跳頻系統(tǒng)，以分別實現(xiàn)不支持和支持節(jié)點優(yōu)先級的控制信息交互?；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