认知多中继网络中基于最佳功率分配的中断性能

研究了认知多中继网络的功率分配方案,提出了简单的最优功率分配(OPA)方法,并给出最优解.仿真了不同的认知中继位置对认知系统中断性能的影响,并联合考虑频谱感知和认知多中继协作传输两个过程.仿真结果表明,文中提出的最佳功率分配方案的中断性能优于等功率分配(EPA)方案,且存在最佳的感知时间使认知多中继网络的中断性能最优.     

一种基于轮询的认知无线网络频谱分配机制及性能分析

在认知无线网络中,认知用户机会式地占有授权用户暂时不使用的频谱,从而提高频谱的利用率.在采用集中式频谱分配机制时,认知用户对空闲频谱的使用由中央控制器协调和管理.由于授权用户对频谱的使用具有抢占优先权,使得认知用户的数据传输可能被中断.考虑认知用户对空闲频谱使用的公平性,提出一种基于纯限量轮询策略的频谱分配机制,并建立具有传输中断的离散时间纯限量多重休假排队模型.使用再生循环法,对所提出的频谱分配机制进行性能分析,给出平均响应时间、吞吐量、频谱切换率和频谱有效利用率的表达式.通过数值实验和系统仿真,分析系统性能指标对系统负载的依赖关系,并给出授权用户业务量的优化方案.     

分层网络频谱资源分配方案

提出一种频谱资源分配方案,以提升分层毫微微小区网络的期望吞吐量.该方案为每层下行传输分配部分共享频谱资源,在单个用户期望吞吐量满足服务质量需求时,通过动态调整共享频谱资源分配比例,能够最大化网络期望吞吐量.为进一步获得每层下行传输的期望吞吐量,基于Nakagami-m衰落信道推导了每层用户下行接收信干噪比的累积分布函数.理论分析和仿真表明,该频谱资源分配方案能够有效提升网络期望吞吐量,但服务质量需求参数的增长限制了吞吐量的提升.     

认知无线电频谱共享的一种博弈论方法

提出了基于博弈论的认知无线电静态频谱共享模型,研究多个次级用户竞争一个主用户系统的空闲频谱。建立了基于自我约束机制的主用户系统的效益函数,主用户系统兼顾自身频谱需求与不浪费剩余的空闲频谱两方面来确定合适的价格,并引入了动态频谱共享算法,次级用户能不断调整自己的策略最终趋于纳什均衡,最大化自身效益。     

非完全信道下认知中继网络中断概率及功率分配

基于最大信道增益的中继选择方法,分析了在不完全信道状态信息（CSI,channel state information）和受主用户干扰情况下认知中继网络的中断概率;进一步提出了在主用户干扰约束和保证认知用户服务质量（QoS,quality of service）条件下最大化认知中继网络频谱效率的数学优化模型,利用拉格朗日对偶松弛法获得了该优化问题的解,在保证主用户传输性能不受影响的前提下,提高了认知中继网络的频谱效率。仿真结果表明该文提出的功率分配方案与等功率分配方案相比提高了性能增益。同时表明在非完全信道条件下获得的频谱效率与完全信道条件下的频谱效率近似,但减少了系统信息的反馈量和实现的复杂度,有利于该方案的工程应用。     

认知无线电网络中的动态权值频谱切换判定算法

为了克服认知无线电网络中衬垫传输覆盖范围的限制,基于对衬垫传输范围的估计,提出了多小区的频谱切换机制。当认知用户超出衬垫传输范围时,采用动态权值调整的简单加权判定算法选择最优目标小区,进行频谱切换,继续保持数据传输。理论分析和仿真结果表明,该方案和算法能够降低认知用户的切换失败概率和服务中断概率,提高认知用户的服务质量。     

协作通信中联合信道-网络编码的性能分析与资源分配

针对无线网络中用户到协作节点和目的节点的上行链路不可靠的问题,研究了协作通信系统中具有特定协作节点的协作方案.在用户到协作节点的上行链路不可靠的情况下,将信道编码、网络编码同时引入到协作通信系统而建立了基于联合信道-网络编码的协作通信机制,并推导出系统中断概率的表达式;以中断概率作为系统性能的衡量标准,研究了能量分配、码率分配对系统性能的影响,给出了合适的分配方法.仿真实验表明,即使用户到协作节点的上行链路不可靠,所提协作机制也能获得空间分集,从而提高了网络的性能.     

认知无线电系统中联合优化资源分配算法

在认知无线电系统中,次用户能够利用感知到的已授权频段进行通信,只要其传输过程对主用户通信引起的干扰处于主用户可以忍受的程度之内。协作中继方案能够利用中继节点的传输来有效提高频谱的利用率,并增强了直接链路的传输能力。文中研究在一个三节点的认知无线电网络中基于协作中继传输时的资源分配问题,为了保证在认知用户对主用户干扰可容忍的前提下使得通信系统端到端的可达吞吐量最大,提出了一种联合优化功率分配和信道分配的方案。仿真结果显示,相对于单独进行功率分配或者信道分配情况下该方案能够有效提高认知无线电系统端到端的传输性能。     

认知无线电网络频谱共享中的带宽竞争

 在认知无线电网络中,考虑多个主系统以频谱数量竞争向次级用户租借频谱的频谱共享问题,而次级用户以机会方式使用该频谱.将此视为垄断市场的竞争问题,提出了一个频谱买卖的市场模型,每个主系统在服务质量(QoS) 限制条件下,最大化自身的利益.对于次级系统而言,利用效用函数来获得逆需求函数.采用分布式算法得出了动态博弈的解及收敛区域.数值结果表明动态博弈的解在收敛区域内能收敛到纳什均衡解.     

认知无线电网络中基于图着色的动态频谱分配

动态频谱分配是解决认知无线电网络中频谱资源利用率低下的有效手段.针对现有频谱分配中认知用户"饿死"这一难点问题,以最大化系统接入率为目标,提出一种基于图着色的动态频谱分配算法.构造了基于图着色模型的效能函数,通过动态更新可用矩阵完成有效的频谱分配.一系列仿真实验表明,所提算法获得了较高的系统接入率,兼顾了系统的吞吐量和公平性,具有比现有算法更优的性能.     

认知异构无线网络中频谱切换建模与分析

在具有频谱认知功能的异构无线网络中,针对传统频谱切换算法未考虑次用户业务的多样性,且空闲信道不足造成次用户服务时延大的问题,提出基于次用户分级的频谱切换策略。与以往单一的认知无线电网络不同,该策略融合利用免授权频谱的开放式无线网络和机会式利用授权频谱的认知无线电网络,提出了认知异构无线网络场景。根据次用户的业务类型对其进行优先级划分,并在此基础上设计数据分割因子优化策略。进一步采用混合式抢占优先权(preemptive resume priority /non-preemptive resume priority,PRP/NPRP) M/G/1排队模型,分别对主用户网络和开放式无线网络中的频谱切换过程进行建模,提出一个最小化时延的动态自适应频谱切换策略。实验仿真了不同参数对次用户时延的影响,结果表明,该策略较传统的频谱切换策略明显提升了次用户的时延性能。     

基于多服务等级随机网络系统价控策略分析

引进多服务等级随机网络系统的用户需求量与价格模型,讨论了定价策略问题,同时给出了用户需求量的无偏估计.对于用户呼叫到达时间服从于几何分布的网络系统,制定了静态无激励定价策略.对一般较复杂网络模型制定了动态定价策略,该策略可调整用户需求估计量均值,使网络取到最大收入.由于用户需求量是一随机变量,对系统施加点激励价控策略,激励和引导用户选择对网络整体有利的服务请求.建立的定价策略,可提高网络资源的利用率,控制网络拥塞,较适合于目前网络日益发展的需要.     

基于混沌二进制粒子群算法的认知无线电频谱分配策略

为了解决认知无线电网络中以最大化网络效益为准则的频谱分配难问题,提出一种基于混沌二进制粒子群算法的动态时变频谱分配策略。在该策略中,针对二进制粒子群算法收敛速度慢且后期粒子搜索具有单一性的缺陷,引入混沌映射对初始种群和每代粒子位置进行遍历优化,以提高粒子的全局寻优性能,搭建降维频谱分配数学模型,降低算法计算繁杂度,减少时间开销。实验结果证明,所提算法收敛速率快,可获得较高的网络收益。     

Joint channel allocation and power control with fairness in multi-hop cognitive radio networks

This paper investigates channel allocation and power control schemes in OFDM-based multi-hop cognitive radio networks.The color-sensitive graph coloring(CSGC) model is viewed as an efficient solution to the spectrum assignment problem.The model is extended to combine with the power control strategy to avoid interference among secondary users and adapt dynamic topology.The optimization problem is formulated encompassing the channel allocation and power control with the interference constrained below a tolerable limit.Meanwhile,the proposed resource allocation scheme takes the fairness of secondary users into account in obtaining the solution of optimization.Numerical results show that the proposed strategy outperforms the existing spectrum assignment algorithms on the performance of both the network throughput and minimum route bandwidth of all routes,as well as the number of connected multi-hop routes which implies the fairness among secondary users.     

基于动态多频谱感知的认知无线网络信道接入策略

针对固定频谱感知信道接入机制授权信道分配效率低的问题,提出一种多用户场景下基于动态多频谱感知的认知无线网络信道接入策略.该策略根据认知用户接入请求等级与空闲频谱发现概率为认知用户动态分配感知信道数量,首先分析了认知用户的最佳感知频谱分配数量,在此基础上通过建立认知用户信道接入模型和授权信道可用度更新机制,设计了一种动态感知频谱分配策略,并采用短视策略对网络吞吐量进行了分析.仿真结果表明,所提信道接入策略要比现有认知无线网络信道接入策略提高了网络吞吐量和认知用户接入的公平性,降低了认知用户的平均接入时延.     

基于用户需求和历史信息的动态频谱分配算法

针对认知无线电系统中动态频谱分配算法开展研究,以干扰图模型为基础,提出一种改进的基于业务需求和历史信息的动态频谱分配算法。为利于快速收敛,算法采用最大独立集为分配起点,允许将信道同时分配给多个用户,联合功率控制机制最小化认知用户间的干扰,引入信道优先级和用户优先级表征历史信息和业务需求,优先分配高质量的信道给高优先级用户集以保证公平性。最后通过仿真分析进行了算法的有效性验证。     

基于弹性需求和动态定价的共享泊位分配

为解决共享车位管理中的车位分配与定价问题,本文考虑价格变化对于用户不同停车时长选择的影响,分析在不同停车收费标准下用户停车时长选择的概率,并采用多项式拟合得到精细化的共享停车需求价格弹性函数。进而,为实现停车场价格的动态调整与车位分配,以平台收益最大与用户步行距离最小为目标,构建基于弹性需求和动态定价的泊位分配非线性混合整数规划模型,并设计了遗传算法。最后,本文设计了包含3个停车场共1000个泊位、共享平台运营时长为3h的算例,对模型及算法加以验证,通过对比分析,基于弹性需求和动态定价的共享泊位分配方案相比于静态定价,实现平台收益增加19%且满足了大部分停车需求,说明动态定价下共享泊位分配模型及算法的有效性,为共享平台的车位管理提供了新思路。     

基于非合作博弈论的CoMP系统功率分配算法

针对下行单用户多点协作传输系统(SU-CoMP)的资源分配问题,提出一种基于非合作博弈论的动态功率分配算法.首先协调不同用户在同频子信道上的发射功率,然后建立新定价机制下的功率分配博弈模型.在此基础上分析CoMP用户在其协作簇内功率分配时相互协作,推导该模型的求解算法,最后论证该算法纳什均衡解的存在性和唯一性.仿真结果表明,所提算法能提升边缘用户频谱利用率,减小功耗.     

面向多异质用户的分布式动态频谱接入方法

针对认知无线电网络中多个次用户存在不同服务质量(quality of service,QoS)需求的频谱接入问题,提出了基于Dueling DQN(dueling deep Q-network)的分布式动态频谱接入方法.该方法通过与环境交互学习实现在次用户不掌握系统信道先验信息条件下动态获得最佳频谱接入策略,并以次用户碰撞次数以及成功接入信道次数分析比较所提出方法的性能.仿真结果表明,提出的方法在保护主用户不受干扰、满足多异质用户QoS需求的前提下,能够有效减少次用户间碰撞次数,提高次用户成功接入信道次数,相比随机接入与短视策略(myopic policy)频谱接入方法,该方法的碰撞次数分别降低60％和90％,其成功接入性能分别提高30％和50％.