基于QoS的認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡頻譜管理技術(shù)研究.pdf

1、認知無線電(CR,Cognitive Radio)作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)非注冊用戶(即認知節(jié)點)發(fā)現(xiàn)并機會接入注冊用戶(即主用戶)空閑頻譜的新興技術(shù)，通過智能的頻譜管理有效解決了不靈活的頻譜分配策略導致的頻譜匱乏問題。認知無線電能感知網(wǎng)絡環(huán)境并根據(jù)感知結(jié)果動態(tài)選擇發(fā)射參數(shù)，以提高認知系統(tǒng)輸出效能并避免對主用戶產(chǎn)生干擾。作為認知無線電通信網(wǎng)絡的重要分支，認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡鑒于其無需依賴預先架設的基礎設施及組網(wǎng)靈活快速等優(yōu)點，使其具有良好

2、的環(huán)境適應性和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)魯棒性。
　　同傳統(tǒng)Ad Hoc網(wǎng)絡相比，認知無線電Ad Hoc有其獨有的特性，即：信道可用性變化和對主用戶發(fā)射保護。這些特性使得頻譜管理問題成為認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡最難解決的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。不僅需要建立多跳轉(zhuǎn)發(fā)的形式來實現(xiàn)業(yè)務傳輸，而且數(shù)據(jù)傳輸鏈路由于受認知網(wǎng)絡環(huán)境變化而變化。因此，在復雜多變的環(huán)境下機會式實施網(wǎng)絡頻譜資源管理便成為研究認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡的重要問題。本課題的研究內(nèi)容將針對認知無線

3、電Ad Hoc網(wǎng)絡頻譜管理對認知網(wǎng)絡適應性問題，集中圍繞信道和功率分配、公共控制信道分配和多跳路由建立三個方面展開，使得頻譜管理策略能夠根據(jù)認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡環(huán)境動態(tài)變化及時作出反應并及時進行調(diào)整，從而提高認知網(wǎng)絡中業(yè)務傳輸效率和認知用戶的QoS。
　　首先，針對認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡特點，對現(xiàn)有的頻譜管理關鍵技術(shù)及其對QoS保障所產(chǎn)生的影響進行闡述和分析。主要包括本文所要涉及的跨層規(guī)劃設計、公共控制信道分配以及認知多

4、跳路由協(xié)議三個方面。詳細闡述了不同方案的工作過程并通過實驗仿真驗證性能，從而確定了本文的研究思路。
　　其次，本文提出了一種基于OFDM技術(shù)的認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡混合多媒體業(yè)務資源分配跨層規(guī)劃設計。為了避免認知節(jié)點通過公共控制信道大量交換控制信息，易受公共控制信道可用性和帶寬影響，設計了基于全貝葉斯模型的機器學習策略，使認知節(jié)點能夠在線學習其他節(jié)點子載波分配策略從而調(diào)整并確定自身子載波分配策略，并將學習結(jié)果應用于基于時延的效

5、用函數(shù)推導?；诨旌隙嗝襟w業(yè)務中流媒體傳輸和數(shù)據(jù)傳輸所對應的不同QoS標準，建立了認知節(jié)點的基于時延和吞吐量聯(lián)合效用函數(shù)。通過在主用戶干擾和最大發(fā)射功率的約束條件下求解最優(yōu)效用函數(shù)值，為認知節(jié)點每個數(shù)據(jù)包提供最優(yōu)發(fā)射功率，子載波及其對應的調(diào)制方式。
　　再次，本文提出了一種基于鄰居節(jié)點分組的公共控制信道分配方案。根據(jù)認知無線電Ad Hoc網(wǎng)絡信道可用性時變的特點，給出了本地穩(wěn)定鄰居節(jié)點組發(fā)現(xiàn)策略。在發(fā)現(xiàn)本地鄰居節(jié)點基礎上，將本地鄰

6、居節(jié)點分組問題歸納為二分圖，并通過求解最大邊二分圖獲得最佳本地鄰居節(jié)點組及其公共可用信道集對應關系。最后，根據(jù)可用控制信道的動態(tài)特性，提出了基于控制信息傳輸時延和吞吐量的效用函數(shù)，根據(jù)信道的效用函數(shù)值來選擇最優(yōu)控制信道。相比現(xiàn)有算法，所提出的算法具有較好的靈活性，即當主用戶占據(jù)當前公共控制信道時，每個認知節(jié)點組可以在不進行重新分組的前提下，可在其對應的可用控制信道集合里選擇次優(yōu)效用函數(shù)值的信道作為新的公共控制信道。
　　最后，本文

7、提出了一種基于分簇算法的認知多跳路由協(xié)議。分析了動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境中，由于認知節(jié)點的移動性所導致的網(wǎng)絡拓撲變化及信道可用性的變化將導致節(jié)點間鏈路不穩(wěn)定，從而影響多跳路由建立的本質(zhì)。提出了基于分簇的網(wǎng)絡拓撲管理，僅由簇頭執(zhí)行路由鏈路構(gòu)建并進行數(shù)據(jù)傳輸，減少了網(wǎng)絡傳輸開銷。根據(jù)認知網(wǎng)絡特點，提出基于認知傳輸吞吐量的路由準則，通過最大化認知傳輸吞吐量，聯(lián)合選擇出最優(yōu)可用信道和下一跳中繼簇頭。本方案通過拓撲管理、信道選擇、最優(yōu)路由中繼節(jié)點選擇三種機制