認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路初始化控制與資源優(yōu)化分配研究.pdf

1、隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展以及無(wú)線業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，使得日益增長(zhǎng)的頻譜資源的需求與當(dāng)前固定頻譜分配低效率之間的矛盾越來(lái)越尖銳。此時(shí)，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)作為一種解決不斷增長(zhǎng)的頻譜需求問(wèn)題以及提高頻譜利用率的最有潛力的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其中從用戶通過(guò)感知和檢測(cè)周圍頻譜的使用情況，在不影響主用戶通信質(zhì)量的前提下，機(jī)會(huì)式地使用授權(quán)頻段，從而極大程度地提高頻譜資源利用率。除此之外，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)也是下一代異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)得以共存的關(guān)鍵技術(shù)，為移動(dòng)用戶和服務(wù)提供

2、商智能有效地管理網(wǎng)絡(luò)提供了可能。本學(xué)位論文首先針對(duì)認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路初始化控制進(jìn)行了分析研究，主要包括了初始鏈路的建立以及分布式頻譜接入控制問(wèn)題。其次研究了認(rèn)知無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)中的資源跨層優(yōu)化分配問(wèn)題。主要從以下幾個(gè)方面展開深入研究，概括如下：
　　 研究了基于跳頻的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)初始鏈路建立問(wèn)題。首先，針對(duì)基于單跳頻思想的初始鏈路建立問(wèn)題進(jìn)行了分析，討論了在沒(méi)有公共控制信道情況下，如何快速有效地在收發(fā)端從用戶之間完成初始鏈路的建立

3、，同時(shí)最大限度地提高所建立的初始鏈路的穩(wěn)定性。基于上述分析結(jié)果以及從用戶所獲得的各個(gè)信道的活動(dòng)規(guī)律，提出了基于自適應(yīng)跳頻的初始鏈路建立機(jī)制并給出了兩種有效的啟發(fā)式算法。其次，研究了基于組跳頻的初始鏈路建立問(wèn)題。分析討論了基于組跳頻初始鏈路建立方法的建鏈成功概率以及平均所需嘗試次數(shù)。通過(guò)對(duì)收發(fā)兩端從用戶選擇信道的數(shù)目進(jìn)行優(yōu)化，使得在滿足不同系統(tǒng)要求的情況下，收發(fā)兩端從用戶盡可能使用最少的信道數(shù)目完成初始鏈路的建立。除此之外，在可用信道數(shù)目

4、趨于無(wú)窮的情況下，證明了當(dāng)收發(fā)兩端從用戶選擇信道數(shù)目滿足一定條件時(shí)，其初始鏈路建立的成功概率將趨近于1。同時(shí)也給出了在滿足系統(tǒng)平均嘗試次數(shù)限制的情況下，收發(fā)兩端從用戶選擇信道的數(shù)目所必須滿足的條件。最后通過(guò)仿真結(jié)果證明了即使在可用信道數(shù)目較小的情況下，上述結(jié)論依然成立。
　　 研究了基于從用戶QoS要求的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分布式頻譜接入控制問(wèn)題。首先，針對(duì)認(rèn)知無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的分布式頻譜接入進(jìn)行了分析，討論了在滿足對(duì)主用戶通信質(zhì)量進(jìn)行保

5、護(hù)以及從用戶各自QoS要求的前提下如何通過(guò)合理有效的功率控制最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目?？紤]到上述約束，實(shí)際系統(tǒng)不可能始終滿足所有從用戶的QoS要求，為了最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目必然有一個(gè)或者多個(gè)從用戶需要退出。因此提出了一種基于逐步退出策略的分布式頻譜接入機(jī)制最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目，同時(shí)給出了兩種具體的分布式頻譜接入算法。其次，考慮了認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分布式頻譜接入中一個(gè)特殊的問(wèn)題，即在新的從用戶頻譜接入的過(guò)程中如何保證已接入從用戶的

6、QoS不會(huì)低于其最低門限。研究了如何在滿足對(duì)主用戶通信質(zhì)量以及已接入從用戶QoS保護(hù)的前提下，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的分布式頻譜接入策略最大化系統(tǒng)的從用戶接入數(shù)目。通過(guò)巧妙地設(shè)計(jì)分布式功率控制策略對(duì)已接入從用戶和未接入從用戶分別采用不同的功率控制策略從而實(shí)現(xiàn)對(duì)已接入QoS進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)配合引入的干擾溫度報(bào)警機(jī)制使得從用戶不會(huì)對(duì)主用戶的通信質(zhì)量帶來(lái)影響。除此之外，基于上述結(jié)果以及檢測(cè)節(jié)點(diǎn)是否具有集中控制功能，分別提出了兩種具體的分布式頻譜接入方法。

7、
　　 研究了認(rèn)知無(wú)線MESH網(wǎng)絡(luò)的資源跨層優(yōu)化分配問(wèn)題。首先，基于填充式的頻譜接入方式，在給定用戶傳輸數(shù)據(jù)量需求以及用戶可用頻譜資源有限的情況下，通過(guò)將頻譜資源分配、路由和調(diào)度聯(lián)合考慮進(jìn)行跨層優(yōu)化，從而最小化系統(tǒng)的工作時(shí)間。針對(duì)此優(yōu)化問(wèn)題，提出了一種基于列生成技術(shù)的資源優(yōu)化分配算法。其次，基于襯墊式的頻譜接入方式，研究了在滿足主用戶干擾溫度約束的情況下，如何通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化各個(gè)鏈路的傳輸速率、發(fā)送功率以及子信道等資源最大化系統(tǒng)的吞