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.     

一种卫星认知无线网络高效频谱感知与分配策略

针对传统地面认知无线网络频谱感知机制直接应用于卫星通信网时存在的频谱感知效率与频谱利用率低下的问题,提出了一种新的适用于卫星认知无线网络的频谱感知与分配策略.该策略利用卫星覆盖范围大的优点,以卫星为频谱感知的中心节点,实现了对广域空间内多频段频谱的同步感知,克服了传统逐一频谱感知策略效率低下的问题.在此基础上,定义了频谱的有效性与可用度2个参数以表征空闲频谱特性.卫星节点和认知用户通过对空闲频谱的有效性与可用度进行综合分析,确定最佳可用频谱.理论分析与仿真结果表明,该策略提高了卫星认知无线网络频谱感知的效率,减小了认知用户与授权用户之间的频谱占用冲突概率.     

多信道认知网络的直观信道感知策略

为了提高频谱利用率,认知无线电技术可使非授权用户在不影响授权用户正常通信的情况下,利用瞬时的频谱空穴满足自身通信需求。如何通过感知频谱及时有效地发现频谱空穴是一个至关重要的问题,尤其是对于多信道认知无线电网络。针对多信道认知无线电网络,该文在连续时间Markov链的信道占用模型基础上,根据信道状态可能发生变化的概率,提出了一个动态的直观信道感知策略,并考虑了感知周期的影响。仿真结果表明:在感知周期合适的情况下,该策略能够有效地发现并利用频谱空穴,并且比周期感知和随机感知策略消耗更少的能量用于感知。     

基于协作频谱感知和干扰约束的认知异构网络

针对异构无线网络的空闲信道检测准确率及网络吞吐量的优化问题,提出一种基于协作频谱感知和干扰约束的认知异构网络.首先,所提出的认知异构网络系统模型采用多个中心次用户(Center Secondary Users,CSU)节点协助其他节点进行频谱感知,并引入了能量检测阈值,在提高空闲信道检测准确率的同时节省检测能耗.接着,采用最大化数据速率的联合优化方程,在干扰功率的限制约束下为节点分配最佳的发射功率,降低干扰程度并优化网络吞吐量.实验仿真结果表明,相比较基于集群的协作频谱感知分配策略算法和基于QoS约束的能量感知竞争功率分配算法,该算法的网络吞吐量分别提升了3.4%和1.5%,平均频谱利用率分别提高了9.3%和7.4%.     

认知异构网络中基于非理想频谱感知的凸优化资源分配算法

当前认知异构网络中无线频谱日益紧缺,而传统固定频谱分配模式日益成为限制无线通信性能的重要瓶颈,在非理想频谱感知情况下资源分配的问题尤为突出。为实现非理想频谱感知情况下无线资源的高效分配,提出一种基于认知异构网络的凸优化资源分配算法。该算法首先构建了基于主用户活跃度的用户到达模型,以精确描述认知网络中主用户的频谱使用状态,为认知用户分配资源提供依据;并通过认知异构网络干扰分析构建非理想频谱感知条件下的干扰容限条件,最后通过凸优化算法实现对认知网络中频谱资源的优化分配。仿真结果表明,在非理想频谱感知条件下,该算法能够有效降低系统平均时延,提升认知异构网络的传输速率和系统吞吐量。     

基于超模博弈的认知无线Ad hoc网络分布式功率控制技术

考虑一种交织(Interweave)模式下的单跳认知无线Ad hoc网络(CRAHN)应用场景,针对次用户(SU)组成的Ad hoc网络提出一种分布式功率控制技术,以最大化提高次网络容量.SU网络通过频谱感知来探测主用户(PU)所在授权频段的使用情况.一旦授权频段空闲,次网络中的SU将利用授权频谱进行并发通信,目标是通过优化各SU的发射功率,以达到次网络频谱效率最大化.首先根据应用场景给出了网络容量优化近似模型,为了解决该非凸问题,将网络容量优化模型建立为等效博弈模型,并在不同的SINR条件下证明了Nash均衡的存在性和唯一性,最终提出基于Gradient Play的分布式功率控制算法来实现资源最优分配.仿真结果表明,该算法可在保证收敛性的同时、支持一定的并发通信用户数、提高该网络系统的频谱效率.     

面向宽频段频谱感知的WSN架构及其分簇算法

针对动态频谱管理、频谱监测等领域对宽频带频谱感知的需求,提出了一种面向宽频段频谱感知的无线传感器网络系统架构,采用分簇的网络结构、分频段协作感知和分级的感知结果处理机制,实现了对宽频段频谱的有效、高精确度感知。重点研究了该架构下的分簇算法,提出了一种面向感知任务频段特性的分布式分簇算法。算法基于近邻传播模型,通过分布式消息交互积累网络结构信息,实现将信噪比相似的节点分在较少簇中的分簇目标。仿真表明,提出的分簇算法生成的簇数目随着节点数量的增加线性增长,簇结构在簇首与簇成员信噪比标准差和能量差等指标上均优于现有算法,说明了算法在可扩展性、支持感知结果融合和提高网络工作时间等方面的优越性。     

采用多策略离散人工蜂群的改进频谱分配算法

针对图论频谱分配模型下最优频谱分配策略搜索解困难、耗时长的问题,提出一种采用多策略离散人工蜂群的频谱分配算法。首先,根据感知技术得到的通信环境状况,建立频谱分配的图论模型;然后,引入多策略离散人工蜂群算法进行最优频谱分配策略的搜索,在搜索初期,引入全局探索能力强的粗搜索策略,以快速优化初始种群,后期以高精度的单维更新进行精细搜索;考虑到仅当解参数值取1才能带来网络收益的增加,提出仅对取值为零的维度进行更新的策略,增强了搜索的有向性与有效性。仿真实验表明:该算法与当前基于离散人工蜂群和二进制粒子算法的频谱分配算法相比,无论是收敛速度还是网络收益都得到提高;当可用频谱数在5~20之间、次用户数量在5~22之间变化时,获得相同最大收益的耗时仅为对比算法的47.75%~36.18%,且随着问题规模增加耗时呈下降趋势。     

基于Stackelberg博弈的最优频谱分配与定价策略

针对家庭基站部署与运营,以及与宏基站共享频谱资源所面临的难题,提出了一种基于Stackelberg博弈的最优频谱分配与定价策略.通过建模基站与用户之间的博弈,分析了资源定价与用户需求的关系;通过建模宏基站与家庭基站之间的博弈,给出了多种场景下双层分级蜂窝网络的最优频谱分配与定价策略.该策略能按需地为宏基站与家庭基站分配频谱,最大化宏基站与家庭基站的频谱效益,并能有效地激励运营商与用户积极部署家庭基站,加速绿色通信网络的建设进程.     

认知无线电网络中动态频谱分配策略的收费方案

针对认知无线电网络中的动态频谱分配策略,考虑次级网络的响应性能,令中断传输的次级用户数据包立即离开系统.通过构造个人收益函数,基于可观察排队情形,给出均衡状态下系统中次级用户数据包的数量阈值,并建立一个带有传输中断的有限容量排队模型.基于Poisson 过程,建立转移率矩阵,导出次级用户数据包的平均响应时间,系统吞吐量和频谱切换率等性能指标.为了实现动态频谱分配的社会最优,面向次级用户提出频谱接入的收费方案,并给出该收费方案的数值结果.     

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。     

Dynamic spectrum allocations in multi-cells and intra-cell of cognitive network to enhance system performance

In this study,we propose new dynamic spectrum allocations in multi-cells and intra-cell of cognitive network to enhance system performance in terms of decreasing probability of interruption and spectrum handoff of communication services in a cognitive system.The inter-cells of the spectrum allocation mechanism is designed to share the risk of vacating spectrum caused by licensed incumbents re-occupying the spectrum and minimize probability of service interruption in the cognitive network.This mechanism also can guarantee fairness among multi-cells.The intra-cell of the proposed spectrum allocation is based on a service data hierarchical model and establishes a mapping mechanism between layered data and the spectrum.It can reduce probability of spectrum handoff.Finally,simulation results are given and show that the new mechanism can reduce service interruption ratio and the probability of spectrum handoff caused by licensed incumbents with reoccupying the spectrum.     

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。     

认知网中多时隙联合频谱感知和功率分配

为了降低认知无线网中认知用户对主用户的干扰,并为了最大化系统的认知吞吐量,提出了一种多时隙频谱感知和功率分配的联合优化方案。该方案将系统的每个帧分为若干个时隙,每个时隙分别进行频谱感知,通过合并每个时隙的感知结果,有效的提高了系统的检测精度,降低了系统的干扰概率。同时理论分析了感知时间与传输功率分配方案,发现两者都存在最优分配解,在约束认知用户检测概率与传输功率的基础上,将吞吐量描述为关于感知时间与功率的多约束优化问题,通过设计联合迭代算法对认知吞吐量进行了联合优化并获得了最优感知时间与最优传输功率分配。仿真结果表明,所提联合优化方案吞吐量性能最接近理论最优方案,并可通过牺牲部分吞吐量性能降低系统干扰概率,且复杂度较低。     

模糊控制系统的垂直切换判决算法分析

针对模糊控制系统中切换时延较长和切换次数较多的问题,研究了一种基于模糊控制系统的垂直切换判决算法。在基于信号强度判决时将RSS作为门限值,提高系统判决能力;同时,将网络参数和服务类型作为判决因素,结合层次分析法引入并行的模糊控制系统,缩短了切换判决的时间、选择适合用户的最佳网络,做出垂直切换。仿真结果表明,该算法减少了切换次数,降低了切换时延,增强了系统的性能。与传统的切换算法相比较,该算法对切换的判决因素考虑的更全面,兼顾了用户终端的使用环境及成本问题,有效地保证了网络的服务质量。     

基于协作频谱感知的多无人机通信网络谱效优化研究

针对无人机应用场景频谱效率较低的问题,提出一种结合认知无线电技术的多无人机通信网络谱效优化方案.首先基于协作频谱感知,建立空地信道下多机协作的认知无人机网络模型,设置无人机（unmanned air vehicle,UAV）数量、感知时间和判决门限等优化参数,在此基础上提出高谱效联合优化算法对构建的非凸优化问题求解,最后分析无人机飞行过程中谱效的变化情况.仿真结果表明,存在最优感知时间使系统谱效获得最大值,且UAV数量和判决门限等因素会影响该谱效最优值;提出的高谱效联合优化算法具有较好的收敛性,有效提高了UAV次级认知网络的频谱效率.      

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.     

基于不完全频谱感知的认知中继网络能量效率研究

针对认知中继网络中基于能量效率的资源分配问题,提出一种基于次用户能量效率最大化的功率分配优化算法,通过建立多重约束条件下的频谱感知和传输联合优化模型,在考虑单位发射速率消耗功率和干扰限制的情况下,利用分数规划将问题中的混合整数非线性规划问题转化为等价的凸优化问题,分析了不同参数对能量效率的影响。仿真结果表明,提出的功率分配优化算法在达到能量效率最优的同时降低了算法复杂度低。     

认知无线电下航空通信频谱信道分配方法

在现代航空通信,尤其是以机场周边、战争区域等通信信道使用频繁并且各种有源或者无源干扰较大的通信环境下,传统的通信信道分配方法很难满足高速率大容量通信的需求。针对这种情况,提出了一种基于认知无线电的动态航空通信频谱信道分配方法。该方法利用通信延时,信噪比门限值和频谱分配效应等级来构建一种以通信质量为标准的反馈频谱分配模型,并利用该模型动态修正基于功率的信道分配方法。仿真从信号接入率和分配函数收敛速度两方面分析了所提出的方法、图色理论频谱信道分配方法和博弈论频谱信道分配方法的性能,结果表明,所提出的方法具有更高的信号接入率和更快的收敛速度。     

Genetic approach for Cell-by-Cell dynamic spectrum allocation in the heterogeneous scenario

<正> In this paper,a genetic algorithm (GA) is investigated to deal with cell-by-cell dynamic spectrumallocation (DSA) in the heterogeneous scenario with temporal and spatial traffic demand changes,whichis also known as a difficult combinatorial optimization problem.A new two-dimensional chromosome encodingscheme is defined according to characteristics of the heterogeneous scenario,which prevents forminginvalid solutions during the genetic operation and enables much faster convergence.A novel randomcoloring gene generation function is presented which is the basic operation for initialization and mutationin the genetic algorithm.Simulative comparison demonstrates that the proposed GA-based cell-by-cellDSA outperforms the conventional contiguous DSA scheme both in terms of spectral efficiency gain andquality of service (QoS) satisfaction.