頻譜異構(gòu)環(huán)境下認(rèn)知無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)控制信息交互機(jī)制設(shè)計(jì).pdf

1、作為認(rèn)知無線電技術(shù)與Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)既具備傳統(tǒng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的多跳、分布式控制、缺乏固定設(shè)施和自組織等固有特征，又可以通過頻譜感知、頻譜共享和多信道切換等智能化的認(rèn)知功能來提升有限頻譜資源的利用率，實(shí)現(xiàn)與多種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的有效融合。因此，認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)可以被廣泛地應(yīng)用于多種通信場景。
　　然而，隨著現(xiàn)有授權(quán)通信網(wǎng)絡(luò)（例如宏小區(qū)、微小區(qū)和微微小區(qū)）結(jié)構(gòu)的日益多樣化和覆蓋范圍的日益小型化，認(rèn)知Ad

2、hoc網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間域和空間域上正面臨著越來越為顯著的頻譜可用性差異，即處于不同物理位置的認(rèn)知節(jié)點(diǎn)可能具備不同的可用頻譜資源。為克服頻譜異構(gòu)環(huán)境帶來的通信困難，認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)需要交互大量的控制信息來為認(rèn)知通信雙方協(xié)商出彼此皆可用且不受授權(quán)和其它認(rèn)知用戶干擾的頻段和通信機(jī)會(huì)?，F(xiàn)有研究已表明，通過將具備類似可用頻譜資源的相鄰認(rèn)知節(jié)點(diǎn)劃分為同一節(jié)點(diǎn)簇，可以有效地提升認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)控制信息交互的效率。為此，本論文的研究重點(diǎn)是為認(rèn)知 Ad

3、 hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一整套基于節(jié)點(diǎn)簇的高效的控制信息交互機(jī)制。
　　首先，為提供節(jié)點(diǎn)分簇所需的必要信息，本論文提出了一種適用于頻譜異構(gòu)環(huán)境下分布式網(wǎng)絡(luò)中信息聚合機(jī)制。通過將全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浼邦l譜信息聚合到唯一的一個(gè)隨機(jī)節(jié)點(diǎn)上，該機(jī)制能夠有效提高后續(xù)節(jié)點(diǎn)分簇過程的魯棒性，并為減少節(jié)點(diǎn)分簇?cái)?shù)量和降低簇間控制交互開銷奠定信息基礎(chǔ)。仿真分析表明，與現(xiàn)有的頻譜異構(gòu)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信息聚合機(jī)制相比，本論文所提出的信息聚合機(jī)制能有效的減少分組發(fā)送量并縮短

4、時(shí)延，具備更佳的能效和時(shí)效。
　　其次，本論文將頻譜異構(gòu)情況下的節(jié)點(diǎn)分簇問題轉(zhuǎn)化為頻譜同構(gòu)情況下的多個(gè)節(jié)點(diǎn)分簇子問題，并設(shè)計(jì)了兩種適用于頻譜異構(gòu)環(huán)境的認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分簇算法，即基于集合覆蓋理論和基于最大連通度的分簇算法。仿真分析表明，與已有的頻譜異構(gòu)分簇算法相比，本論文所提的兩種分簇算法能夠在滿足一個(gè)預(yù)設(shè)的每簇內(nèi)公共信道數(shù)量（即魯棒性）下限的前提條件下，以更少的節(jié)點(diǎn)簇?cái)?shù)量和更高的簇間控制信息交互效率完成對(duì)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的覆蓋，

5、從而取得了分簇結(jié)果的魯棒性和簇間控制信息交互效率的更佳折中。
　　最后，在節(jié)點(diǎn)分簇的基礎(chǔ)上，本論文還進(jìn)一步提出了一種基于Hamilton圈的簇間控制信息報(bào)文交互機(jī)制。在頻譜異構(gòu)的環(huán)境下，該機(jī)制通過為每個(gè)節(jié)點(diǎn)簇的簇內(nèi)和簇間控制信息交互提供互不重疊的交互時(shí)段，從而為全網(wǎng)控制信息的有序流動(dòng)提供了可靠保障。仿真分析表明，與已有的頻譜異構(gòu)控制信息交互機(jī)制相比，基于Hamilton圈的交互機(jī)制能夠有效降低認(rèn)知Ad hoc網(wǎng)絡(luò)控制信息報(bào)文交互的