基于不同分组层策略的认知无线电网络性能分析

文中根据次用户采用的不同分组层策略,提出了两种认知无线电网络模型及其性能分析方法,推导了次用户的丢包率、分组时延、吞吐量以及频谱利用率表达式。同时,为了验证理论分析模型的准确性,对认知无线电网络的性能进行了仿真。分析和仿真结果表明：（1） 分析模型能准确地评估认知无线电网络的性能;（2）次用户的丢包率、分组时延和频谱利用率随着业务流入速率的增加而增加;（3）使用认知无线电技术,能大大提高频谱利用率;（4）次用户采用不同的分组层策略对频谱利用率的影响很小,但对吞吐量的影响很大。     

基于一种特殊队列的认知无线电网络性能分析

提出了一种被分成延时和丢弃两部分的特殊队列,建立马尔科夫模型分析了基于此队列的用户个数受限的认知无线电网络性能,并推导其丢包率、分组时延以及频谱利用率表达式,同时,对认知无线电网络进行仿真.分析和仿真结果表明:(1)分析模型能准确预测认知无线电网络性能;(2)次用户的丢包率和分组时延随着延时队列长度的增大分别减小和增大,而频谱利用率不受延时队列长度的影响;(3)采用认知无线电技术,能大幅提高频谱利用率.     

基于跨层建模的随机频谱接入新机制

针对用户呼叫层和分组层的不同运行机制,建立了认知无线电网络呼叫层和分组层相互关系的跨层马尔可夫模型,推导了次用户的呼叫阻塞概率和分组时延的表达式,提出了一种基于跨层建模的随机频谱接入新机制,并对认知无线电网络进行了系统级仿真.结果表明,文中模型能够准确地评估认知无线电网络的性能,随机频谱接入新机制可同时保证次用户呼叫层和分组层的性能要求.     

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.     

感知能力受限的认知无线电系统中的合作检测

为了实现可靠的宽带频谱检测,在感知能力受限的多用户认知无线电系统中使用合作频谱检测。首先对合作检测性能和系统平均传输吞吐量进行建模。在主用户网络可容忍的子频段传输冲突概率受限的前提下,研究多用户合作检测最优化问题,以最大化认知网络的平均传输吞吐量。使用穷举法获得系统的最优合作检测策略,并提出了一个启发式算法以简化计算复杂度。理论分析和数值仿真证明,提出的合作检测策略能有效提高认知无线电系统的频谱检测性能。     

认知网络中一种基于最大吞吐量的中继机制

为了抵抗信道衰落以及提高频谱利用率,提出了在多信道多主用户的认知无线电网络中,次用户协作主用户通信的模型.同时基于实际情况中最大化主用户吞吐量的准则,建立了分配问题,通过理论分析,将该问题转化为数学中的指派问题,并根据匈牙利算法提出了分配次用户协作主用户通信的算法以及相应的次用户的接入机制.仿真结果表明,提出的次用户协作主用户通信机制能够较好地抵抗信道衰落,大幅提升主用户的吞吐量,从而提高频谱利用率.     

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.     

一种新型认知无线电资源分配跨层技术

为有效利用频谱资源,提高频谱效率,文中利用环境感知技术,设计出认知无线电跨层结构框架,提出一种新的功率控制博弈BPCG(Bandwidth and Power Control Game Algorithm)算法,研究不同用户的频谱带宽分配和功率控制,该算法在确保频谱带宽有效分配前提下,通过对用户功率的有效控制,实现网络总吞吐量的提高.仿真结果表明该算法在相同的功率消耗前提下,网络吞吐量显著提高,并随频谱带的增加,实现网络吞吐量的最大化.     

一种改进的认知无线电信道选择方法

认知无线电可以通过动态频谱接入技术来有效的提高频谱的利用率,而在动态频谱接入中信道选择策略的优劣直接影响着系统的性能.提出了一种新的基于预测信道空闲概率的信道选择方法.仿真实验表明,该方法能有效减小主次用户之间的碰撞率,从而减小了认知用户对主用户的干扰以及降低了进行信道切换的可能.     

认知无线电网络中基于误码丢包拥塞控制的研究

无线网络引起拥塞的一个重要因素是链路误码,可以通过降低TCP发送端的数据发送速率来调整误码丢包,尽量降低对系统吞吐量和增大系统时延的影响。本文在认知无线电网络下对链路层误码情况进行较为深入的探讨,分析认知无线网络中基于误码丢包的影响。在此基础上提出一种在认知无线电网络环境中基于误码率的窗口拥塞控制方案和基于授权用户丢包的拥塞控制方案。通过大量的仿真实验,验证了算法的有效性。     

采用分组数据的序贯频谱感知方法

针对传统的认知无线电频谱感知方法在低信噪比下感知时间长、系统吞吐量低的问题,提出了一种采用分组数据的混合型序贯检测(MSD)方法。该方法首先将次用户的感知数据进行分组形成超采样,然后由数学理论推导出最大化系统吞吐量的最优虚警概率,并且利用牛顿迭代法搜索最优虚警概率,最后在最优虚警概率下对超采样序列依次进行细检测和粗检测,快速获得检测结果。MSD方法采用分组数据进行频谱感知,能有效缩短感知时长,获得最大系统吞吐量,从而提高频谱利用率。蒙特卡罗仿真结果表明,在低信噪比下MSD方法比传统的序贯检测法和序贯能量检测法的平均归一化吞吐量增加了109%和21%,平均感知开销率减少了75%和49%。     

基于认知无线电网络的频谱切换技术性能研究

认知无线电网络里,认知用户动态感知和利用主用户频谱.当主用户出现时,认知用户必须让出使用的频谱而产生频谱切换,频谱切换导致认知网络的时延增加、链路保持概率和传输速率下降.本文研究了频谱切换方案及其数学模型.计算机仿真结果表明,采取带外感知的动态频谱接入方案可以有效地降低切换时延和提高认知用户的传输速率.     

机会接入CR中采用自适应MQAM的性能分析

研究Nakagami衰落信道上机会接入认知无线电中次用户采用接收最大比分集合并自适应M进制正交幅度调制的性能,推导次用户链路采用恒定功率变速率自适应连续或离散速率M进制正交幅度调制时的平均频谱利用率的闭合表达式,并给出数值计算和仿真结果。数值计算和仿真结果表明:频谱感知会恶化SU链路平均频谱利用率性能,SU链路分集可以改善其平均频谱利用率的性能。     

基于POMDP模型的分布式机会频谱接入算法

针对认知无线电（cognitive radio,CR）信道的动态特性,以部分可观测马尔科夫决策过程（POMDP）为模型对认知无线电网络用户的频谱感知和频谱接入过程进行研究,提出了基于POMDP模型的分布式机会频谱接入算法.该算法利用网络信道的历史频谱感知信息对主用户接入信道的状况作出估计,以认知用户吞吐量最大化为目标进行频谱接入.同时,通过贪心算法得到此优化策略的次优解,降低了最优策略的计算复杂度.论文分析了认知用户接入吞吐量与网络中信道数目以及信道状态转移概率之间的关系,将贪心算法与随机检测接入算法进行了仿真比较.仿真结果显示,该算法获得的吞吐量比随机检测接入算法提高了约25％,能够更有效地做出接入策略.     

认知无线电网络中能量检测技术的研究

认知无线电技术作为一种新型通信技术,能够在授权用户空闲的时候允许其他用户使用其空闲频谱,从而有效提高频谱资源利用率。频谱感知能力是认知无线电网络工作的前提条件,也是认知无线电网络的支撑技术。本文在不同的无线信道条件情况下,对认知无线电网络中能量检测技术的检测性能进行理论分析与仿真。     

基于动态路由的SPIN路由协议改进

基于信息协商的传感器网络路由协议(SPIN)数据转发过于复杂、重复转发相同数据包的问题影响了SPIN协议转发时的网络吞吐量,增加了丢包率,缩短了网络的生命周期。针对以上问题,提出了一种动态路由信息协商传感器协议D-SPIN协议,其在SPIN协议基础上加入了动态路由表建立算法和验证下一跳id选择性转发策略,该方法可有效提高网络吞吐量,减少了丢包率,延长了网络时延。利用NS2仿真软件进行仿真,仿真结果表明,D-SPIN协议比SPIN协议在网络吞吐量、丢包率和网络时延等性能参数上有较大的提高。     

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.     

基于频谱预留的一类频谱切换改进方法研究

在认知无线电网络中,认知用户通过择机接入主用户的空闲频谱来进行工作,当主用户出现在授权频谱上时,认知用户必须及时空出该频段。介绍了认知无线电中的频谱切换理论和现有的两类频谱切换方法,在此基础上对现有方法进行了改进及比较,并设计了切换流程。仿真结果表明,改进后的方法在保持较好切换时延性能的基础上,有效地降低了网络中的切换概率。     

OFDMA系统中支持混合业务的跨层资源分配算法

针对正交频分多址接入系统（OFDMA）下行链路资源分配问题,提出一种支持混合业务的跨层子载波-功率-比特联合分配算法.引入平均时延控制因子和丢包率控制因子作为时延敏感（DS）业务服务质量（平均时延和丢包率）的控制参数;每分配1个子载波后立即对该子载波所属用户进行一次最优的子载波功率和比特分配,该联合分配方案可最大化系统功率效率.仿真结果表明：该算法既可同时保证不同类型DS业务的服务质量,又可提高时延不敏感（NDS）业务的平均吞吐量并保证用户间的公平性.通过调整2个控制因子不仅能满足不同DS用户的服务质量要求,还可在DS用户服务质量和NDS用户的吞吐量间达到不同的折衷,以满足各种系统设计要求.