認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的次用戶QoS保障技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，對(duì)頻譜資源的高需求和目前固定式頻譜分配的低效率之間的矛盾也變得越來越尖銳。為解決這一問題，認(rèn)知無線電技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。認(rèn)知無線電技術(shù)允許次用戶（非授權(quán)用戶）通過頻譜感知，得到周圍的頻譜使用情況，在不影響主用戶（授權(quán)用戶）正常使用的條件下，機(jī)會(huì)式地接入授權(quán)頻段，從而極大地提高頻譜資源的利用率。目前絕大部分研究都著重關(guān)注主用戶的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，QoS)保障。然而，對(duì)只能機(jī)會(huì)式接入

2、的次用戶，其業(yè)務(wù)QoS要求也需要得到保障，這是認(rèn)知無線電技術(shù)實(shí)用化的前提。本學(xué)位論文針對(duì)次用戶QoS保障問題，分別從數(shù)據(jù)包級(jí)別(packet level)、會(huì)話級(jí)別(session level)以及傳輸層端到端級(jí)別(end-to-end level)進(jìn)行了研究。
　　研究了多次用戶多信道認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包隊(duì)列分析及其應(yīng)用。分析了一些重要的內(nèi)部因素（認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)本身的傳輸機(jī)制和參數(shù)設(shè)置）和外部因素（認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)所處的無線傳播環(huán)境

3、）對(duì)目標(biāo)次用戶的數(shù)據(jù)包隊(duì)列的影響。建立了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)隊(duì)列分析的框架，將頻譜感知、媒體接入控制和鏈路自適應(yīng)技術(shù)等實(shí)際因素考慮進(jìn)來。通過將排隊(duì)過程模擬為一個(gè)有限狀態(tài)馬爾科夫鏈(Finite State Markov Chain，F(xiàn)SMC)，推導(dǎo)了平均隊(duì)長(zhǎng)、溢出丟包率和碰撞丟包率等關(guān)鍵隊(duì)列參數(shù)的解析表達(dá)式，進(jìn)而得到了平均時(shí)延、丟包率和有效吞吐量等重要的QoS參數(shù)的解析表達(dá)式。這些表達(dá)式清晰地揭示了上述內(nèi)外部因素對(duì)次用戶QoS的影響方式和影響程

4、度。在此基礎(chǔ)之上，本文以TCP吞吐量最大化問題為例，示范了如何通過適當(dāng)調(diào)整下層傳輸機(jī)制或參數(shù)來滿足次用戶QoS性能需求。
　　研究了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的呼叫準(zhǔn)入控制（Call Admission Control，CAC）。首先建立了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)CAC策略分析的一般性框架，該框架將信道預(yù)留、新到次用戶緩沖隊(duì)列、切換次用戶緩沖隊(duì)列以及兩種隊(duì)列中次用戶因不耐心而離去等因素囊括進(jìn)來，使得現(xiàn)有針對(duì)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)CAC策略的分析工作都可以被納入到該

5、框架下，作為該框架的一個(gè)特例而存在。利用該框架，分析了預(yù)留信道數(shù)、緩存區(qū)大小以及次用戶耐心程度對(duì)次用戶會(huì)話級(jí)QoS（阻塞概率和掉話概率）的影響。其次，針對(duì)認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)性較高、CAC參數(shù)須實(shí)時(shí)調(diào)整、現(xiàn)有CAC參數(shù)計(jì)算方法復(fù)雜度很高的現(xiàn)狀，研究了低復(fù)雜度算法。針對(duì)給定阻塞概率要求條件下使掉話概率最小的常見應(yīng)用，我們用一維馬爾科夫鏈模型代替現(xiàn)用的二維馬爾科夫鏈模型，提出最優(yōu)預(yù)留信道數(shù)的一種低復(fù)雜度計(jì)算方法。得到了最優(yōu)預(yù)留信道數(shù)的解析表

6、達(dá)式，可用于隨著網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)變化實(shí)時(shí)地計(jì)算最優(yōu)預(yù)留信道數(shù)。
　　研究了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸層TCP性能建模和增強(qiáng)方法。我們指出，認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)傳輸層的TCP超時(shí)退避機(jī)制與下層的傳輸機(jī)制之間存在著復(fù)雜的相互作用:一方面，下層長(zhǎng)時(shí)間的無信道可用會(huì)導(dǎo)致TCP的超時(shí)退避，另一方面，當(dāng)傳輸層處于退避之中，如果下層緩沖區(qū)隊(duì)列已空，則即使有信道可用，下層也會(huì)無數(shù)據(jù)可發(fā)，從而造成傳輸機(jī)會(huì)的浪費(fèi)。本文分析了上述相互作用，推導(dǎo)了次用戶的有效數(shù)據(jù)傳輸時(shí)