基于跳頻和網(wǎng)絡編碼的認知無線網(wǎng)絡控制信息交互機制設計.pdf

1、在認知無線網(wǎng)絡中，相鄰認知節(jié)點需要交互包括頻譜感知結(jié)果、時鐘同步、網(wǎng)絡拓撲和通信頻段預約等大量的控制信息，在不干擾授權(quán)用戶通信的前提下靈活而準確地從多個授權(quán)通信頻段中尋找到收發(fā)雙方皆可用的空閑頻譜資源。為此，認知節(jié)點可以通過不斷切換通信頻段來避免采用單一固定的專用控制信道所產(chǎn)生的認知和授權(quán)通信相互干擾，并充分利用多個授權(quán)信道的頻譜資源同時進行控制信息交互，從而更好地避免授權(quán)用戶干擾和控制信道流量飽和等問題。然而，在現(xiàn)有基于跳頻的控制信息

2、交互機制中，所有控制信息傳輸?shù)闹虚g節(jié)點均是采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)的方式來轉(zhuǎn)發(fā)其所接收到的控制信息，會導致其轉(zhuǎn)接次數(shù)和能量消耗增加，不利于整個認知無線網(wǎng)絡的傳輸性能提升。例如，中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)過多將導致節(jié)點能量消耗過多、數(shù)據(jù)在中間節(jié)點等待時間過長（網(wǎng)絡的時延過大），不僅如此，鏈路的利用率也會很低。為此，本論文創(chuàng)新性地將網(wǎng)絡編碼技術(shù)應用于基于跳頻的認知無線網(wǎng)絡控制信息交互過程當中，以降低中間節(jié)點對控制信息的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)和能量消耗，并有效提升控制信息交互

3、的性能。
　　首先，本論文提出了一種基于m進制數(shù)擴展的支持網(wǎng)絡編碼的跳頻序列生成機制。該機制通過為每個認知編碼節(jié)點及其鄰居認知節(jié)點分別設計不同的跳頻序列以生成一種能支持網(wǎng)絡編碼的跳頻序列組合，從而確保每個認知編碼節(jié)點均能夠高效地執(zhí)行網(wǎng)絡編碼以減少控制信息轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，并盡可能地與上下游鄰居節(jié)點在所有可接入的信道上實現(xiàn)跳頻匯聚，在提升控制信息交互效率的同時有效避免與授權(quán)通信產(chǎn)生相互干擾。由于該機制確保了不同跳頻序列之間的平均匯聚時間間隔

4、足夠短，因而能獲得比傳統(tǒng)跳頻通信機制更優(yōu)的網(wǎng)絡控制信息交互性能。
　　其次，為克服上述機制所導致的信道負載較高和信道利用率較低的缺陷，本論文進一步提出了一種基于旋轉(zhuǎn)方式生成支持網(wǎng)絡編碼的跳頻序列設計方案。雖然該方案所生成的跳頻序列集合具備較高的平均匯聚時間，但是其更低的平均信道負載和更高的平均信道利用率能夠使得認知無線網(wǎng)絡的傳輸吞吐量能在更短時間內(nèi)達到穩(wěn)定，并能更好地降低控制信息交互的丟包率。因此，該機制更適用于對網(wǎng)絡穩(wěn)定時間以及

5、網(wǎng)絡丟包率有一定要求的網(wǎng)絡。
　　最后，本論文還基于OPNET網(wǎng)絡仿真軟件將所提的兩種支持網(wǎng)絡編碼的跳頻控制信息交互機制與傳統(tǒng)基于跳頻的交互機制進行了仿真對比，仿真結(jié)果表明，在無主用戶干擾的情況下，使用支持網(wǎng)絡編碼的跳頻通信機制使得網(wǎng)絡的平均吞吐量明顯高于使用傳統(tǒng)跳頻通信機制的網(wǎng)絡，此外當有主用戶存在時，支持網(wǎng)絡編碼的跳頻機制與傳統(tǒng)的跳頻機制相比可以使得網(wǎng)絡的健壯性更強，即時延增長慢，吞吐量下降慢。以此驗證了前者在認知無線網(wǎng)絡控制