認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基于分簇的分布式多信道組網(wǎng)算法研究.pdf

1、在通信技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天,認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在緩解頻譜資源短缺和高效利用頻譜資源方面的優(yōu)勢(shì),是其他同類技術(shù)所無(wú)法比擬的。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò),更是將這種智能的感知與管理技術(shù)提升到網(wǎng)絡(luò)級(jí)別,實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)單體認(rèn)知到目前網(wǎng)絡(luò)整體認(rèn)知的質(zhì)的變化,達(dá)到了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化的目的。
　　本文主要從基于分簇的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)過(guò)程入手,以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)壽命和吞吐量為目的,分析了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)過(guò)程中所要處理的簇的形成,簇頭輪換和信令交互三方

2、面問(wèn)題。
　　根據(jù)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知循環(huán)對(duì)外部激勵(lì)的處理優(yōu)先級(jí)的分類,主要分為以下兩種:一是立即優(yōu)先級(jí)的組網(wǎng)激勵(lì),在該激勵(lì)下的認(rèn)知循環(huán)會(huì)從認(rèn)知協(xié)議棧中選取運(yùn)算速度快、無(wú)需先驗(yàn)信息的組網(wǎng)算法和策略;另一種為一般優(yōu)先級(jí)的組網(wǎng)激勵(lì),在該激勵(lì)下的認(rèn)知循環(huán)會(huì)從認(rèn)知協(xié)議棧中選取具有全局優(yōu)化功能的算法和策略。
　　本文分別對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中立即和一般優(yōu)先級(jí)的組網(wǎng)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。在充分考慮了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信特點(diǎn)和退避授權(quán)用戶的策略

3、的前提下,提出了組網(wǎng)過(guò)程中的簇頭選擇算法、簇頭輪換算法以及認(rèn)知節(jié)點(diǎn)間發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的多信道接入策略。
　　首先,針對(duì)基于分簇的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)過(guò)程中首要解決的分簇問(wèn)題,對(duì)現(xiàn)有的簇頭選擇算法進(jìn)行了闡述和分析,包括基于圖論的極小連通支配集以及圖著色啟發(fā)式算法,詳細(xì)分析了算法的流程并比較了其優(yōu)缺點(diǎn)。隨后從網(wǎng)絡(luò)層的角度以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命為優(yōu)化目標(biāo),提出了基于分簇的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)立即優(yōu)先級(jí)下的極大獨(dú)立集簇頭選舉算法,該算法運(yùn)算速度快,可以選舉出局部最

4、優(yōu)的簇頭集合,實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分簇的目的。此外,針對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)一般優(yōu)先級(jí)組網(wǎng)要求提出了基于遺傳理論的全局簇頭搜索算法,該算法通過(guò)交叉、變異、糾錯(cuò)等算子實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)多目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的簇頭集合搜索過(guò)程。
　　其次,為了延長(zhǎng)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命,從物理層的角度出發(fā),根據(jù)認(rèn)知循環(huán)的優(yōu)先級(jí)分類,本文分別提出了兩類簇頭輪換算法。首先,提出了基于固定閾值的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)簇頭輪換算法,根據(jù)簇頭對(duì)簇內(nèi)成員通信量的統(tǒng)計(jì),建立虛擬能量耗損表,

5、時(shí)刻估算簇內(nèi)成員的能量變化,當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)剩余能量低于固定閾值時(shí),在其所在的簇內(nèi)啟動(dòng)本地簇頭輪換策略。由于此過(guò)程中,不涉及過(guò)多的能量交互信息和先驗(yàn)信息,因此適合于立即優(yōu)先級(jí)的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)要求;此外,針對(duì)一般優(yōu)先級(jí)的組網(wǎng)要求,本文提出了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)能量驅(qū)動(dòng)雙門限簇頭輪換算法,提出了網(wǎng)絡(luò)整體能耗模型,使得各簇頭節(jié)點(diǎn)能夠自適應(yīng)調(diào)整輪換門限,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)能耗均衡,提升了網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　最后,本文主要解決了在組網(wǎng)過(guò)程中單跳節(jié)點(diǎn)之間的多信

6、道組網(wǎng)信令傳遞問(wèn)題。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的IEEE802.11DCF中退避策略、基本接入策略和RTS/CTS接入策略進(jìn)行必要的修改,提出了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)多信道接入策略。通過(guò)采用馬爾科夫鏈描述網(wǎng)絡(luò)中各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)在通信過(guò)程中的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài),提出了多信道認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)吞吐量計(jì)算模型,分析了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)吞吐量與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化的關(guān)系,并以優(yōu)化認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)吞吐量為目的提出了適合于立即組網(wǎng)要求的多信道 RTS/CTS接入策略和適合于一般組網(wǎng)要求的基于網(wǎng)絡(luò)吞吐量自適應(yīng)接入策