基于同時同頻匯聚的認知無線網(wǎng)絡控制信息交互機制設計.pdf

1、為了提高有限頻譜資源的利用率，認知無線網(wǎng)絡需要采用高效的多信道MAC協(xié)議在相鄰認知節(jié)點之間交互包括時鐘同步、信道感知結果、網(wǎng)絡拓撲和信道預約在內(nèi)的各種控制信息，在有效避免干擾授權用戶通信的前提下協(xié)商出收發(fā)雙方皆可用的通信頻段。現(xiàn)有大多數(shù)認知MAC協(xié)議均依賴于一個不會被授權用戶干擾的公共控制信道來完成控制信息交互。然而，在日益復雜的無線電磁環(huán)境中該公共控制信道很難被建立，同時隨著控制信息交互需求的增大該信道本身也會成為認知網(wǎng)絡通信性能提升

2、的一個瓶頸。為此，本論文將研究重點放在了如何為不具備公共控制信道的認知無線網(wǎng)絡設計高效的控制信息交互機制。
　　該機制通過為所有認知節(jié)點設計一個共同的跳頻序列生成準則，使得每個節(jié)點均能隨機生成一個跳頻序列以實現(xiàn)在多個信道上的跳躍。當相鄰認知節(jié)點實現(xiàn)了跳頻匯聚，即在同一時隙內(nèi)跳到同一信道上，它們就可以交互控制信息。與基于公共控制信道的交互機制相比，基于跳頻匯聚的交互機制的優(yōu)點包括：不依賴于任何固定的控制信道，相鄰認知節(jié)點無需了解彼此

3、的跳頻序列信息，以及能有效緩解控制信道流量飽和問題。而本論文的主要貢獻在于針對不同的應用需求分別設計了相應的跳頻系統(tǒng)，即根據(jù)特定準則生成跳頻序列集合，以實現(xiàn)基于跳頻匯聚的認知無線網(wǎng)絡控制信息交互。
　　首先，本文基于旋轉升降序列的匯聚特性設計了三種全新的非對稱同步跳頻系統(tǒng)，以確保在全網(wǎng)時鐘同步并且每個認知節(jié)點只有數(shù)據(jù)發(fā)送或者接收需求的情況下實現(xiàn)基于跳頻匯聚的控制信息交互。其中，第一種跳頻系統(tǒng)能針對不同的通信業(yè)務負載靈活地生成不同的

4、跳頻序列集合以優(yōu)化控制信息交互的性能，第二種跳頻系統(tǒng)則特別適合具備高通信業(yè)務負載的認知無線網(wǎng)絡中提升控制信息交互的性能，而第三種跳頻系統(tǒng)則能夠支持認知無線網(wǎng)絡對不同認知節(jié)點劃分不同通信優(yōu)先級，使得高優(yōu)先級認知節(jié)點能獲得優(yōu)于低優(yōu)先級認知節(jié)點的控制信息交互性能，并同時提升全網(wǎng)節(jié)點的基于跳頻匯聚的整體控制信息交互性能。通過基于MATLAB的數(shù)值計算和基于 OPNET的仿真分析可以看出，與現(xiàn)有的非對稱同步跳頻系統(tǒng)相比，上述三個跳頻系統(tǒng)均能具備更

5、優(yōu)的控制信息交互性能。
　　其次，本論文進一步將基于旋轉升降序列的非對稱同步跳頻系統(tǒng)的設計思想拓展到對稱同步跳頻系統(tǒng)的設計當中，以確保所有認知節(jié)點能在時鐘同步并且同時具備數(shù)據(jù)發(fā)送和接收需求的情況下實現(xiàn)基于跳頻匯聚的控制信息交互。通過將一定長度二進制數(shù)的每一位替換為適當?shù)姆菍ΨQ同步跳頻序列，本論文提出了兩種對稱同步跳頻系統(tǒng)，以分別實現(xiàn)不支持和支持節(jié)點優(yōu)先級的控制信息交互?；贠PNET的仿真分析也表明，這兩種跳頻系統(tǒng)均能獲得優(yōu)于現(xiàn)有